CN101292086B - 一种用于在具有水面的水体中获取波能的设备 - Google Patents

Abstract

用于利用海洋波能并将该利用的波能转化为高压海水的设备(10)，该高压海水通常大于100psi以及优选大于800psi。由该设备(10)产生的高压海水可以用管道输送到海岸上用于各种适当的目的。该设备(10)包括悬浮在海水体(1)中的漂浮物(12)以及与该漂浮物可操作地连接的泵(13)。该泵(13)包括一吸入室(47)、一排出室(49)和在该吸入室和排出室(47、49)之间延伸的活塞(61)。该活塞(61)包括一管道(63)，其具有在该吸入室和排出室(47、49)之间延伸的流动通道(102)。该活塞(61)和排出室(49)结合确定一抽吸室(100)，其适合响应于活塞的往复运动而进行膨胀和收缩。该活塞(61)与漂浮物(12)可操作地连接以被该漂浮物的向上运动所驱动。该泵可以通过采用电解方法处理所输送的海水，电解方法接收来自于结合到该泵中的线性发电机产生的线性电流。

Description

一种用于在具有水面的水体中获取波能的设备

技术领域

本发明涉及将水体中的波能转化为可以进行有用工作的形式。 

本发明尤其设计用于，尽管不必单独地用于，利用波能并将利用的波能转换到增压流体来以任何适合的方式使用。该流体可包括从水体自身抽取的水。其中水体包括海洋，从海洋中抽取的海水可以在高压下以管道输送到海滨来使用。该高压海水，例如可以用于驱动涡轮机，并且来自该使用的涡轮机的轴功率用于发电。选择性地，该高压海水可以输送到反渗透淡化机组来生产淡水。在这样的布置中，从淡化机组中排出的浓盐水仍在受压状态，可以输送给涡轮机及所用的轴功率用于发电。 

背景技术

已经提出很多关于寻求利用海洋波能的设备的提议，有些设备在水面运行而有些在水下运行。 

在水下运行的设备通常包括可移动元件如振动板(diaphragm)，该振动板适合于响应波的作用而偏转。在WO2004/003380中公开了这种设备的例子。该设备置于海底而且包括具有振动板的主体结构，该振动板适合于响应波能而偏转。工作室直接设置在该振动板的下面并包含可压缩的流体，该可压缩流体便利地为空气。该可压缩流体在压力下提供升举力以平衡该振动板和其上所有附件以及该振动板上面海水的重量。振动板的上表面暴露于海水中。振动板可操作地连接到往复泵，通过振动板的偏转使往复泵工作。 

对于这种方案，有必要在海底设置一种结构，该结构装配有振动板和在振动板下面的包含可压缩流体的工作室。这种结构的建造和维护相对昂贵。 

本发明旨在解决该背景技术的问题。 

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种在具有水面的水体中获取波能的设备，该设备包括：响应水体中的波扰动的装置以及水体中的往复泵，该往复泵包括主体、活塞和在该活塞中的流道，该主体限定了一个腔室，该活塞相对于该主体可滑动地和密封地安装以便相对于该腔室往复移动，该活塞和该腔室共同限定一抽吸室，用于响应活塞相对于该腔室的往复移动而进行膨胀和收缩，该流道具有用于从水体接收水的进口和用于将所接收的水排出到排出室的出口，由此，在该抽吸室的体积膨胀时将水汲取到抽吸室中，并在该抽吸室的体积减少时将水从该抽吸室排出，可操作地连接到所述装置的该往复泵由所述装置的向上运动所驱动以进行第一冲程(stroke)。 

优选地，响应水体中的波扰动的所述装置浸没在水体中。 

优选地，往复泵在重力的作用下进行第二(返回)冲程。 

优选地，第一冲程包括泵送冲程而第二(返回)冲程包括吸入冲程。 

优选地，往复泵在其吸入冲程中从水体中接收水并在其泵送冲程中在压力下传送所接收的水。 

优选地，主体限定了一位于活塞下面的吸入室，活塞在排出室的体积膨胀时进入该吸入室中，该吸入室接收来自于与该吸入室连通的水源的水。 

该吸入室可以以任何合适的方式接收水。在一实施方式中，该吸入室可以通过水输送管路与水源连通。在另一实施方式中，该吸入室具有能被水通过的壁。该壁可以结合有穿孔，如细长孔。优选地，这些穿孔的大小允许水进入同时基本排除微粒物如沙子。该壁可以将吸入室与对进入该吸入室的水提供过滤的过滤介质隔离。通常，过滤介质包括饱和的沙子。该饱和的沙子可以被容纳在与水体连通的容纳室中。 

通常，水包括海水，这时，水体包括海。 

优选地，泵固定到水体的底部。泵可以刚性地固定到水体底部，或者可以固定为相对于该底部有一定角度地移动。在后者的情况，泵可以栓到底部。泵可以通过单独的缆绳栓住，该缆绳可以结合一个枢轴和一个转体。 

在另一个实施方式中，泵可以沉入海底。根据该方案，海底中饱和的 沙子可以向进入吸入室的水提供过滤作用。 

优选地，响应水体中波扰动的所述装置位于水体之中而且有一暴露于水体并朝向水面的第一表面，以及暴露于水体并背离水面朝向的第二表面。 

该响应波扰动的装置可以在水面处或临近水面或浸没在水体中。 

优选地，响应波扰动的该装置在水体中具有浮力。 

优选地，响应波扰动的该装置包括一漂浮物。可选地，该装置可包括一遮蓬(canopy)。 

优选地，该泵包括一泵体，该泵体限定一个吸入室和一个排出室，活塞在活塞室和排出室之间延伸，该活塞设置为往复运动以与排出室共同作用来限定抽吸室，抽吸室体积根据活塞的往复移动而变化。 

优选地，吸入室和排出室由隔离物分隔开，活塞穿过该隔离物并被支撑以与所述隔离物滑动地和密封地接合。 

优选地，在活塞和隔离物之间具有密封结构。 

该密封结构可以包括滑动并密封地与活塞接合的第一密封件和第二密封件，以及在两个密封件之间的流体腔室，该流体腔室可以收集渗漏到其中的任何流体。 

优选地，活塞包括活塞管以及与活塞相连接的阀装置，活塞管具有通向吸入室的端口和通向排出室的端口，阀装置允许水在活塞的吸入冲程中进入空心活塞中，而在活塞的泵送冲程中限制流体通过端口回流。 

优选地，阀装置可以包括与活塞的所述端口连接的止回阀。 

优选地，活塞通过一升举机构与响应波扰动的所述装置连接。该升举机构可以包括一刚性升举杆，其在响应波扰动的所述装置与置于该腔室中的升举头之间延伸，该升举头可操作地连接到活塞上。 

优选地，围绕刚性升举杆的一部分有遮盖物，该部分在活塞往复运动过程中延伸进入泵体和从泵体缩回。 

该遮盖物可以包括可扩张的护套，其在泵体和升举杆的一部分之间延伸。 

其中，响应波扰动的装置包括遮蓬，可以有多个这样的遮蓬以阵列设置，临近的遮蓬之间连接在一起。优选地，相邻遮蓬之间的互连可以包括 柔性连接器。该阵列可以包括在波传播的方向上延伸排成一行的遮蓬。该阵列还可以包括在波传播的方向上横向延伸排成一行的遮蓬。 

在另一个实施方式中，泵体可以包括在波传播方向上延伸的片，该片具有相反侧，其中一侧限定上表面而另一侧限定下表面。优选地，该片是由柔性但不可延伸的材料制成。 

该片可以制成条带。可以有多个这样的条带，一侧挨着一侧地设置。 

优选地，该泵向由该泵输送的水提供处理；该处理可以例如包括氯化。在这方面，可以为该泵提供电解池，由可操作的响应该泵的往复运动的线性发电机向该电解池提供电流。该电解池与泵中的水接触，其电解作用的结果导致产生处理剂如氯。 

该线性发电机可以包括由该泵的活塞限定的电枢和与该电枢连接的定子，活塞的往复运动提供电枢和定子之间的相对移动来产生电流。该定子可以通过设置在电枢附近而与电枢连接。 

优选地，在该泵体的上端部分带有有浮力的漂浮物。该有浮力的漂浮物可以包括充气膨胀的囊状结构。优选地，该囊状结构的构成是为了向该泵提供合适的扶正力矩(righting moment)。 

在一实施方式中，该囊状结构具有椭圆体结构。 

根据本发明的另一方面，提供一种往复泵，该往复泵包括电解池、线性发电机，该可操作的线性发电机向该电解池提供电流以在由泵接收的至少一部分水上产生电解作用，该线性发电机可操作地响应泵的往复运动。 

优选地，该泵包括活塞，该活塞的一部分限定该线性发电机的电枢，以及与该电枢连接的定子，由此该活塞的往复运动使电枢随定子线性运动以产生电流。 

附图说明

通过参照以下对附图所示几个具体实施方式的描述可以更好地了解本发明，其中： 

图1是根据本发明的第一实施方式的安装在水下的设备的示意图； 

图2是构成本发明设备一部分的往复泵的下部的局部放大视图； 

图3是泵的中部的局部放大视图，特别示出了吸入室、排出室和在两 者之间延伸的活塞； 

图4是局部放大视图，在放大的比例中，示出了在吸入室和排出室之间的隔离物，以及在活塞和隔离物壁之间提供滑动和密封接合的密封结构； 

图5是图4中一部分密封结构的详细视图； 

图6是泵的上部的局部放大视图； 

图7是示出泵的上部、漂浮物以及泵和漂浮物之间连接的局部放大视图。 

图8是泵和漂浮物之间连接的详细视图； 

图9是根据本发明的第二实施方式的安装在水下的设备的示意图； 

图10是构成图9中设备的一部分的泵的局部放大视图； 

图11是以放大的比例图示泵的下端部的局部放大视图，包括与泵连接的过滤系统； 

图12是根据本发明的第三实施方式的设备的泵的下部的局部放大视图，示出了在其下行冲程末端的活塞； 

图13是与图12类似但放大的视图，还示出了在泵的上行冲程末端的活塞； 

图14是图12的详细视图，特别示出了电解池和用于为该电解池产生电流的线性发电机； 

图15是组装成阵列的多个泵的示意图； 

图16是该阵列的平面图； 

图17是在该阵列中一个泵的透视图； 

图18是在该阵列中几个泵的透视图； 

图19是根据本发明的另一个实施方式的设备的示意图； 

图20是安装在水下的图19的设备的示意图； 

图21是图19的设备的示意性透视图； 

图22也是图19的设备的示意性透视图，除了切割掉一部分遮蓬； 

图23是根据本发明的又一个实施方式的设备的主视图，示出了当波撞击其主要边缘时该设备的工作状态； 

图24与图23类似，除了示出该设备在波传播的稍后阶段的工作状态； 

图25是该设备的局部放大透视图，特别图示了将能量流分裂成上下流； 

图26是表示响应大振幅入射波的设备的工作状态； 

图27是根据又一个实施方式的设备的正视图； 

图28是根据又一个实施方式的设备的局部放大平面图； 

图29是根据又一个实施方式的设备的透视图； 

图30是图29的设备的示意性平面图； 

图31是根据又一个实施方式的设备的透视图； 

图32是图31的设备的主要边缘部分的局部放大透视图；以及 

图33是图31的设备的主要边缘部分的进一步局部放大的透视图。 

具体实施方式

附图中所示的每个实施方式都涉及用于利用海洋波能并将利用的海洋波能转化为高压海水的设备，该压力通常在100psi以上并优选在800psi以上。由该设备产生的高压海水可以为了任何适当的使用目的而用管道送到海岸上。在一个应用中，高压海水用作液压电动机来驱动涡轮机，产生的轴功率用于发电。在另一个应用中，高压海水可以被输送到生产淡水的反渗透淡化装置。来自淡化装置中的浓盐水仍然是高压的，可以输送到涡轮机获得机械能。需要时可将用完的浓盐水送回海洋。 

以安装和工作在海水体1中的方式将详细描述和图示每个实施方式，该海水体1具有水面2和海底3，海底通常包含沙子。 

参见图1～8，根据本发明第一实施方式的设备10包括响应水扰动的装置11和可操作地连接到所述装置11的泵13。该泵13固定到海底3上，以及装置11包括漂浮物12，该漂浮物有浮力地漂浮在海水体1中泵13的上方，但通常在水面2以下。漂浮物12通过连接件15可操作地连接到泵13上，该连接件包括缆绳17。缆绳17与提供枢轴连接的部件19结合。 

该泵13通过锚定装置20固定到海底3上，该锚定装置提供的固定力足以超过浮力的向上的牵引力和由于波浪运动作用于漂浮物12上产生的向上动力。在该实施方式中，锚定装置20包括嵌入海底3中的基部21。该基部21有板23，通过联动装置24将泵13连接到该板23。该联动装置 24与提供转体和枢轴连接的部件26结合。对于该实施方式，泵13能够在任何侧面方向相对于海底3有角度地摆动。所述泵13向侧面有角度地运动的程度取决于各个因素的组合，如漂浮物12的浮力，海洋状态以及可能提供给所述泵的辅助约束。所述板23可构造为吸力锚。锚定装置20还包括锚固链25，其在板23和埋入海底3中的锚27之间延伸。 

所述泵13包括具有内部32的管状结构的细长的泵体31。在该实施方式中，该细长泵体31具有圆形横截面。该细长的泵体31具有外侧壁33，在该实施方式中外侧壁33具有连在一起的上侧壁部件35和下侧壁部件37。 

泵体31具有开口的上端部41和由下壁43封闭的下端部42。该下壁43结合一配件45，联动装置24连接在配件45之上。 

泵体31还包括帽状结构46，其安装到上端部41上以封闭泵体31的内部32。 

吸入室47和排出室49限定在泵体31的内部32中。该吸入室47限定在内部32内的下壁43和下部内隔离物51之间。排出室49限定在内部32内的下部内隔离物51和上部内隔离物53以及在两个隔离物的壁之间延伸的圆柱形内侧壁55之间。内侧壁55从泵体的外侧壁33向内留出一空间以便在其间限定出一环形空间57。对于该实施方式，还在内部32中的上部内隔离物53和上端部41之间限定腔室59。 

活塞61在吸入室47和排出室49之间伸展。活塞61具有中空结构并构造为管63，其具有与吸入室47连通的一端部65和与排出室49连通的另一端部67。 

活塞管63穿过下部隔离物51中的开口66在吸入室47和排出室49之间延伸。密封结构68在吸入室47和排出室49之间围绕活塞管63提供流体密封。 

下部隔离物51由两个壁部件71、72限定，其中一个壁部件71由在上侧壁部件35的下端部上的法兰73限定，而另一壁部件72由在下侧壁部件37的上端部上的法兰75限定。在两个法兰73、75之间提供螺栓连接件77。 

密封结构68包括容置于密封腔室83中的高压衬套密封件81，密封腔 室83在限定出下隔离物51的两个壁部件71、72之间。该衬套密封件81包围活塞管63并有密封面85用于与活塞管滑动和密封接合。该密封面85包括多个在内肋88之间限定的轴向间隔的凹槽87。这些凹槽87允许润滑而且还增加了任何易漏流体的通道长度。该衬套密封件81具有外围肋部件89，其与连接到法兰75的箝位环91接合来保持衬套密封件在腔室83中的位置。 

密封结构68还包括密封的腔室93，其在相应于吸入室47的一侧上临近衬套密封件81限定一泄漏室。该密封的腔室限定在法兰75、取决于法兰75的圆柱形侧壁95和与法兰75相对的一端壁97之间。该端壁97容置与活塞管63滑动并密封接合的第二高压密封件99。对于该实施方式，任何通过衬套密封件81的泄漏都保持在密封的腔室93中。 

活塞管63具有穿过其中轴向延伸的孔101以在活塞61中提供一室102。在端部65处，活塞室102与吸入室47连通，而在端部67处活塞室102与排出室49连通。止回阀105与活塞室102的端部65相连以允许在活塞61下行冲程时流体流向活塞室102，而在活塞的上行冲程时防止流体反方向流动。 

排出室49和活塞室102共同限定抽吸室100。 

泵13具有通向吸入室47的进口121。进口121通过进口管道123接收所供的海水。所供的海水在由进口管道123输送到吸入室47之前由过滤系统125进行过滤。过滤系统125包括沙子和容置于安装在基部21上的壳体127中的砂砾过滤器126。水的进口管道123是柔性的以适应如前所述的泵的有角度的运动。 

排出室49具有结合止回阀133的出口131，该止回阀设置为允许在压力下流体由排出室49向外流动，同时防止回流。该出口131与排出管道135连通，由排出室49排出的海水可以沿着该排出管道被输送。该实施方式的排出管道135包括柔性部件137以用于适应泵的有角度的运动。 

抽吸室100响应于活塞61的往复运动而进行膨胀和收缩。活塞61的往复运动包括一上行冲程(相应于抽吸室的体积收缩)和一下行冲程(相应于抽吸室的体积膨胀)。这样，根据活塞的向上运动泵完成泵送冲程，以及根据活塞的向下运动完成吸入冲程。 

活塞61与漂浮物12连接以便响应于波扰动漂浮物12的上升使活塞进行上行冲程。在重力的作用下活塞61适合于进行随后的下行冲程；具体地，活塞61的重力和与漂浮物12的相关连接克服漂浮物12的浮力作用，使活塞61下降并由此完成下行冲程。 

活塞61通过升举机构140连接到漂浮物12，该升举机构连接于缆绳17的下端，缆绳17的上端与漂浮物12连接。 

升举机构140包括在漂浮物和容置于腔室59中的升举头143之间延伸的刚性升举杆141。该升举头141延伸穿过帽状结构46中的开口142。开口142结合有轴衬144。升举头143具有一中心胫部155，其通过连接器147与刚性升举杆141连接，升举头还具有多个由该中心胫部145向外延伸的臂149。每个臂149的外端连接到连接杆151的上端，该连接杆151穿过环形空间57向下延伸到活塞61下端部处的底部153。每个连接杆151的下端连接到活塞底部153。在该实施方式中，有三个臂149和三个连接杆151。这些连接杆151围绕活塞61在圆周上间隔开以提供给活塞均匀的升举力。连接杆151延伸穿过两个隔离物51、53中的开口。连接器147包括枢轴连接，其可以适应升举杆141和升举头143的胫部155之间的未对准。 

刚性升举杆141封闭在遮盖物152中，其目的是保护升举杆并防止外来物质(如水垢和海生贝壳类)积聚在上面。这可以避免积聚的外来物质进入泵中妨害其工作的潜在危险。遮盖物152包括可扩张的覆盖物154，其从帽状结构46延伸到刚性升举杆141的端部或至少延伸到在活塞61的下行冲程上没有进入帽状结构46内部的升举杆的部分。可扩张的覆盖物154在末端位置157与升举杆141密封接合。 

在该实施方式中可扩张的覆盖物154包括橡胶护套159。该橡胶护套159构造为相对于其中点进行扩张和压缩。当扩张时，护套159伸长以适应升举杆141的向外运动的程度。当压缩时，护套159逐渐折叠并如同风箱般起皱。护套159和泵升举杆141之间的接触受控并特别受限于护套159的部件161。每个部件161由粘接或整体成型到护套壁165上的环163限定。环163由一种抗磨损材料制成，磨损由与升举杆141连续的摩擦接触导致但不引起升举杆表面的任何磨损。环163可以由任何合适的材料制成。 

一种适宜的材料是人造橡胶。 

活塞61在其下端部有底部171，在吸入室47的下壁43的内侧有相应的底托173。 

底部171具有内部通道175，其在底端开口以允许水进入活塞室102。 

底托173构造为具有开口的顶部177的套筒176，当活塞接近其下降的底端时可通过该开口的顶部177接收活塞61的底部171。对于该实施方式，底部171和套筒173共同作用以提供液压减震。具体地，当活塞61下降时包含在底托173中的水被排出，并且底部171进入底托173中。这种水的排出可以以任何适当的方式加以控制，如通过底部171和底托173之间的适当间隙，或通过在底托中的排出口。当活塞接近其下行冲程的底部时水的受控制的排出提供减震作用。 

漂浮物12具有结合了腔室183的下侧181，该腔室183通向下侧。该腔室183由朝向锚固点187向上和向内延伸的腔壁185界定，升举杆141连接到该锚固点187上。 

泵体31的上端部分提供有有浮力的漂浮物191，其包括限定了包含空气的内部195的囊状结构193。囊状结构193构造为向泵13提供扶正力矩(正如船的船体构造为提供扶正力矩)。在该实施方式中，囊状结构193是椭圆体结构。 

在运行中，波浪撞击设备10导致漂浮物12升起。漂浮物12的升起通过连接件15传送至泵13，使活塞61上升，其结果是抽吸室100体积收缩。这样，泵13进行泵送冲程，被限制在抽吸室100中的一些水通过出口131并沿着排出管道135排出。一旦波浪已经通过，作用于漂浮物12的上升力减小并在连接到漂浮物上的各种构件的重力作用下使漂浮物下降，各种构件包括连接件15、升举机构141和活塞61。当活塞61下降时，活塞陷入已进入吸入室47的水中。由于活塞61下降，吸入室47中的水流进活塞室102并使抽吸室100逐渐膨胀。进口止回阀105允许水进入。这样填充了活塞室102和排出室49而为下一个泵送冲程准备就绪，所述下一个泵送冲程从响应下一个波扰动导致漂浮物12上升时开始。 

图9、10和11示出了本发明的第二个实施方式的设备。在很多方面第二实施方式的设备与第一实施方式的设备类似，除了与泵13用锚固定到海底3的方式不同。在该实施方式中，构造为圆柱体的泵体31沉入海底3以便下端部分埋入海底。事实上，泵体31可以埋入到只露出其上端极少部分并与海水接触的程度。对于该实施方式，泵体固定到海底3而不与第一实施方式一样要求其有角度地运动。因此，进口和排出管道123、135不需要柔性部件。 

泵体31埋入在其中的海底3的沙子提供大的横向运动阻力，由此抵抗泵体31的旋转。然而泵体31可以有限度地横向弯曲。 

通过将泵体31埋入海底3中，可以利用来自海底的周围的沙子作为进入吸入室47的水的初步过滤介质。在吸入室47周围有过滤器201。该过滤器201包括容置于环形过滤室203中的过滤介质，如砂砾和粗糙的沙子。环形过滤室203包括外壁205和内壁207，该内壁可由泵体31的外壁的一部分限定。外壁具有穿孔209，如细长孔，而内壁207也具有穿孔211，如细长孔。穿孔209、211的数量和尺寸选择为保持海水在吸入室47中连续蓄水以便泵总是注满水。穿孔209、211还具有尺寸以包含在过滤室203中的过滤介质。内壁上的穿孔211小于穿孔209以向进入吸入室47的海水提供进一步的过滤。一旦泵13安置在海底3中，泵上方的海水的静水压将通过穿孔使海水进入并使过滤介质饱和。 

图12、13和14是本发明的第三个实施方式的设备。在许多方面第三实施方式与第二实施方式类似而且相应的附图标记用于表示相应的部件。在第三实施方式中泵13与第二实施方式中的基本相同，但还提供了对由泵输送的水进行氯化处理的附加特征。氯化处理可以用于控制在泵送系统中的浮游生物的生长(包括在经氯化处理的海水输送到的任何管道和结构中)。 

具体地，泵13有电解池221，由可操作的响应泵的往复运动的一线性发电机223向其提供电流。电解池221在泵13中与海水接触并发生电解作用以产生氯。 

电解池221包括适当隔开的两个电极225、226，优选隔开小于10mm。在该实施方式中，电极安装在吸入室47中。 

线性发电机223包括活塞管63限定的电枢231，和由围绕电枢的线圈235限定的定子233。活塞管63可以由适当的磁性材料制成或可以带有磁 性元件。对于该实施方式，活塞管63的往复运动对应于电枢231相对于定子233的线性运动，由此产生电流。 

定子233可以安装在任何适当的位置，如在排出室49中或在泄漏室93中。 

线性发电机223产生直流电流而且对于电枢的每个冲程电极225、226的极性反向。这样，在每个周期上电极225、226在阳极和阴极的功能之间转换。这有利于因氧化产生的阳极腐蚀分布在两个电极之间。 

调节由线性发电机223产生的电流。在该实施方式中，一种简单的固态调节器装置239提供这种调节。该调节提供氯化处理量的选择性控制。 

关于第二实施方式的泵，已经描述了氯化处理的特征，其也可以应用于第一实施方式的泵中。氯化处理的特征还可应用于其他任何往复泵。 

根据前述实施方式的设备可以联合其他类似的设备而工作。每个泵的出口可以连接到共同的多支管。这种设置如图15～18所示，其中几个设备10安置在一阵列250中并与一个共同的多支管连接，该多支管将高压海水运送(由泵输送)到海岸上。 

在所示的设置中，阵列250包括一正方形栅格，当然也可以是其他栅格形式。在阵列中设备10之间的间隔可以取决于各因素，如海水高涨的主导波长和漂浮物12的结构。最适当的间隔是使最大量的海洋生物的通道未受阻而使其栖息于配置该设备的海域中。 

阵列中的每个设备10通过链条253连接于与其相邻的设备10。链条253形成封闭的回路255，每一个都连接到每个泵13的底部。在四个连接点256处将链条253连接到基部21。这种设置提供强有力的席子结构257将阵列中的各个设备10互连。 

前述的实施方式中，响应水扰动的装置11包括漂浮物12。当然也可以是其他设置。参见图19～22所示的实施方式，装置11包括遮蓬261。遮蓬261包括具有外壳265的本体263，外壳265具有暴露于海水体1并朝向水面2的上表面267，和也暴露于海水体1但远离水面2朝向的下表面269。 

本体263包括框架结构271和遮盖物273，该遮盖物在框架结构上提供外壳。遮盖物273包括隔膜，该隔膜容易弯曲而且不让水进入。 

框架结构271包括环形的外围框架275和相对于环交叉延伸的框架元件277。框架元件277是尖的以使遮盖物呈现表面轮廓，上表面267是凸起的而下表面269是凹入的。 

框架结构271还包括多个由外围框架275向下和向内延伸的支撑281，用以连接到柔性缆绳15。 

框架结构271的直径为使其在波传播方向上的横向宽度约等于水体中遇到的典型波长的四分之一。 

设备10安装在水体1中，优选地在水深为约10m到100m范围处，更优选在约20m到50m范围。设备10还安装为使该设备的总高度h小于平均水深H，如图20中所示。 

设备的浸没深度(H-h)设置为使峰-谷的波高总是小于或等于该值，以便遮蓬261总是浸没在水中或保持在水面。遮蓬261向上和向下运动的程度被泵13的最大冲程长度所限制。 

如图23～26所示是本发明另一实施方式的设备，该设备包括互连的遮蓬261的阵列，包括主要遮蓬261a和多个其它遮蓬261b，这些其它遮蓬在相应于波的方向上沿远离每个主要遮蓬261a的线路向下游延伸。每个遮蓬261a、261b可操作地与各自的泵连接。 

在该实施方式中，遮蓬261通常在平面中呈直角，而不是圆形的。这些遮蓬通过柔性连接器291一个接一个地连接，连接器例如是具有最小伸展性的高抗拉缆绳。由连接器291提供的互连比遮蓬261的宽度短，以便遮蓬的设置对波形作出反应并趋于模仿它。与接近的波较近的遮蓬从经过的波中经受最大能量的流量。主要遮蓬261结合漂浮物293并通过锚固缆绳295锚固到海底。 

在该实施方式中，撞击该设备的波具有基本层状的能量流，当撞击主要遮蓬261a的主要边缘后，该能量流分裂成上下流，如较前的实施方式的情况。上能量流和下能量流以不同的速度传播，上能量流在遮蓬261之上通过，同时下能量流借助穿过遮蓬时的升举力在遮蓬线路下持续堆积能量。在到达遮蓬线路的端部时两个波流量再结合。该再结合可以产生不期望的紊乱，可以通过调整遮蓬线路的总长度以及在遮蓬之间提供排放口来最小化这种紊乱。 

波捕获的操作顺序在图24、25和26中进行图示，其中附图标记301表示上能量流和附图标记302表示下能量流。下能量流302沿遮蓬261线路的传播导致遮蓬的相继上升和与其相关联的泵13的运行。上升力的方向由附图标记305指示的箭头表示。 

图26图示了较大振幅的入射波的操作，该入射波具有在多重遮蓬12c上产生升举的能力并由此使几个泵13c同时工作。 

图27所示是本发明的又一实施方式的设备。该实施方式与前面的实施方式相似，除了将遮蓬261连接到其各自的泵13的缆绳17在远离主要边缘的方向上逐渐变短，提供了与波方向相对的向下的斜面。由于向下倾斜的遮蓬261的线路对水平的涌流呈现基本提高的截面，这有利于提供捕获潮汐(即涌流)能量以及表面波能的能力。 

图28示出在波传播的方向上延伸的遮蓬阵列的设备。遮蓬261一个接一个地连接(如前面实施方式的情况)，包括一遮蓬阵列，但是还提供有在临近的遮蓬之间延伸的翼片307。该翼片307连接到一遮蓬261d并在相对于波传播方向的下游侧上延伸到遮蓬261e。翼片307包括任何适当的材料(如橡胶片)，该材料是柔性的但足够重以保持与相邻遮蓬261e具有一些重叠的接触。翼片307与飞机上的机翼的工作方式非常相似；也就是说它们可以打开使流体通道疏通到翼板并减少上升。在该实施方式中，当遮蓬上的压力超过设计的限度时翼片自动操作，例如在暴风雨的大波动环境中可能发生的情况。如果由例如橡胶片的材料制成，则翼片307可以逐渐剥开并在暴风雨条件期间可以极大地限制在所述结构上受到的力。 

图29和30示出一设备，其包括互连的遮蓬261的阵列，其中遮蓬排列成相对于波传播方向交叉延伸的排311，以及在波传播方向延伸的列313。 

在主要排311a中的遮蓬261由锚固缆绳315拴住，外部列313a中的遮蓬由横向锚固缆绳317拴住。 

在前面的几个实施方式中，遮蓬261互连成阵列。相比将遮蓬一个接一个周到地连接形成阵列，可以在波传播方向上延伸有一共同的遮蓬并连接到一系列在波传播方向上间隔设置的泵。一个这样的设置如图31、32和33所示，其中共同的遮蓬261包括本体321，该本体构造为多个条带 323，每个都由对应于波形的柔性但不能伸展的材料制成。每个条带323在波传播方向上延伸，而且这些条带在波传播的横向方向上彼此横靠设置。每个条带323的主要边缘325结合有浮性物327以助于保持主要边缘的姿势。该浮性物327可以由有浮力的袋329提供，袋329可以例如结合有浮力的材料。浮性物还可以沿着每个条带323的长度有间隔地提供以向整个条带必要的浮力。遮蓬261被拴住，每个条带323的主要边缘由一个或多个锚固缆绳331栓在海底3上。遮蓬261也被锚固缆绳333横向地拴住，该横向缆绳连接到外部条带323a的主要边缘。必要时泵13可操作地由缆绳17的网连接到各自的条带203上。如在较早的实施方式中的情况，翼片可以结合到条带323中以提供暴风雨条件下的缓解作用。 

综上所述，显然这些实施方式的每个都提供了简单并且高效的设备用于利用海洋波能并将利用的能转化为高压海水。 

在不背离本发明的情况下还可以有更多的变化和改进。 

在整个说明书中，除非本文要求，否则词语“包括”或其变化形式“包含”将被理解为指包含所述整体或整体的组但并不排除任何其他整体或整体的组合。 

Claims (39)

1.一种用于在具有水面的水体中获取波能的设备，该设备包括适于完全地布置在水面下并且设置为响应水体中的波扰动的装置，以及在水体中的往复泵，该往复泵包括主体、活塞和在该活塞中的流道，该主体限定了一个腔室，该活塞相对于该主体滑动地和密封地安装以便相对于该腔室往复运动，该活塞和该腔室共同限定一抽吸室，用于响应活塞相对于该腔室的往复运动而进行膨胀和收缩，该流道具有用于从水体接收水的进口和用于将所接收的水排出到排出室的出口，由此，在抽吸室的体积膨胀时将水汲取到抽吸室并在该抽吸室的体积减少时将水排出抽吸室，可操作地连接到所述装置的该往复泵被所述装置的向上运动所驱动而进行第一冲程，其中所述装置仅仅通过所述往复泵被锚固到水体的底部。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述往复泵适于在重力作用下进行第二(返回)冲程。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述第一冲程包括泵送冲程，以及所述第二(返回)冲程包括吸入冲程。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述往复泵在该泵的吸入冲程期间从水体接收水，以及在该泵的泵送冲程期间在压力下传送所接收的水。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述主体限定了位于活塞下面的吸入室，在所述抽吸室的体积膨胀时所述活塞进入该吸入室中，该吸入室从与该吸入室相连通的水源接收水。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述吸入室通过水输送管道与所述水源连通。

7.根据权利要求5所述的设备，其中，所述的吸入室具有能被水通过的壁以通过该壁接收水。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述壁结合有穿孔。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述穿孔为细长孔。

10.根据权利要求8所述的设备，其中，所述壁将所述吸入室与过滤介质分隔，该过滤介质对进入所述吸入室的水进行过滤。

11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述泵被刚性地锚固到所述底部。

12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述的泵被锚固以相对于所述底部有角度地运动。

13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述泵被埋入到海洋的所述底部中。

14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述泵包括限定吸入室和排出室的泵体，所述活塞在所述吸入室和排出室之间延伸，所述活塞安装为往复运动以与排出室共同作用限定抽吸室，抽吸室的体积根据活塞的往复运动而变化。

15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述吸入室和排出室由隔离物隔开，所述活塞穿过隔离物并与隔离物滑动地和密封地接合。

16.根据权利要求15所述的设备，其中，在活塞和隔离物之间有密封结构以提供两者之间滑动地和密封地接合。

17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述密封结构包括与所述活塞滑动地和密封地接合的第一密封件，以及与所述活塞滑动地和密封地接合的第二密封件，在两个密封件之间的流体腔室用于容纳任何渗漏的流体。

18.根据权利要求14所述的设备，其中，所述活塞包括一活塞室，其具有通向所述吸入室的一端部和通向所述排出室的一端部，以及与活塞相连接的阀装置，阀装置允许水在活塞的吸入冲程中从吸入室进入活塞室中，同时在活塞的泵送冲程中限制流体回流到吸入室中。

19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述阀装置包括与所述室相连接的止回阀。

20.根据权利要求1所述的设备，其中，所述活塞连接到所述装置，所述装置通过升举机构响应波扰动。

21.根据权利要求20所述的设备，其中，所述升举机构包括刚性升举杆，所述升举杆在响应波扰动的所述装置和容置于所述腔室中的升举头之间延伸，所述升举头可操作地与所述活塞连接。

22.根据权利要求21所述的设备，其中，围绕所述刚性升举杆一部分的周围提供有遮盖物，在活塞的往复运动期间，该部分延伸进所述泵体并从该泵体中缩回。

23.根据权利要求22所述的设备，其中，所述的遮盖物包括可扩张的护套，该护套在所述泵体和所述升举杆的一部分之间延伸。

24.根据权利要求1所述的设备，还包括减震装置，用于活塞朝向其吸入冲程的末端的运动。

25.根据权利要求24所述的设备，其中，所述的减震装置包括在活塞上的底部和在泵体上的底托，当活塞接近其吸入冲程的末端以排出底托中所包含的水时该底部可容置于该底托中。

26.根据权利要求1所述的设备，其中，响应水体中波扰动的所述装置浸没在该水体中。

27.根据权利要求1所述的设备，其中，响应水体中波扰动的所述装置位于水体中，并具有暴露于水体并朝向水面的第一表面，和暴露于水体并远离水面朝向的第二表面。

28.根据权利要求1所述的设备，其中，响应水体中波扰动的所述装置包括漂浮物。

29.根据权利要求1所述的设备，其中，响应水体中波扰动的所述装置包括遮蓬。

30.根据权利要求1所述的设备，其中，所述泵对由泵输送的水提供处理。

31.根据权利要求30所述的设备，其中，所述处理包括氯化处理。

32.根据权利要求30或31所述的设备，其中，所述泵包括电解池，该电解池由可操作地响应所述泵的往复运动的线性发电机提供电流。

33.根据权利要求32所述的设备，其中，所述的线性发电机包括由所述泵的活塞限定的电枢和与该电枢连接的定子，所述活塞的往复运动为所述电枢和定子之间提供相对运动来产生电流。

34.根据权利要求30所述的设备，还包括控制装置，用于控制应用到所述水的处理的量。

35.根据权利要求32所述的设备，其中，所述控制装置包括一调节器，用于调节提供给所述电解池的所述电流。

36.根据权利要求1所述的设备，还包括有浮力的漂浮物，该漂浮物位于所述泵体的上端部分。

37.根据权利要求36所述的设备，其中，所述有浮力的漂浮物包括充有空气的囊状结构。

38.根据权利要求37所述的设备，其中，所述囊状结构构造为向所述泵提供扶正力矩。

39.根据权利要求38所述的设备，其中，所述囊状结构是椭圆体结构。

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