CN101589223B - 完全浸没的波能转换器 - Google Patents
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Abstract
波能转换器装置至少包括两个部件(1、2)，这两个部件通过连接装置(4)而相互连接，该连接装置(4)可运动，用于使得所述部件(1、2)能够响应布置该装置的水中的波浪而相互移动，装置还包括：能量转换装置(6)，用于将所述连接装置(4)的运动转变成电能；以及用于储存产生的能量和/或将能量输送至其它位置的装置；装置的特征在于：部件(1、2)为非浮动、完全浸没的部件，出而使得装置整个作为中立浮力装置，用于使得各所述浸没部件的位置相对于它们直接接触的周围水保持基本静止，这样，部件(1、2)将在波浪作用下以与布置在相同区域中的未扰动水颗粒基本相同的方式运动，所述至少两个浸没部件(1、2)通过连接装置(4)而相互间开，以便分别处于受到波浪引起的水运动的影响不同的位置。
Description
技术领域
本发明涉及波能转换器(WEC)领域，也就是说用于从海洋波浪发电的设备或装置。
背景技术
现有技术中已经提出了各种波能转换器。不过，已知的WEC有很多缺点，这些缺点迄今都限制了它们的使用和推广。
基本上，主要问题与低效率、复杂设计和/或昂贵的维护费相关。这些问题由多种因素引起，这些因素在一定程度上彼此相关。
首先，已知的WEC主要利用波动的垂直分量。因为波动为大致圆形，因此运动的较大分量浪费了，例如见US4453894、US6857266、WO2004065785、US4232230、US4672222、US5411377中的装置以及分别为OPD Ltd(www.oceanpd.com)、AWS Ocean Energy Ltd(www.waveswing.com)和AquaEnergy Group Ltd(www.aquaenergygroup.com)公司的商标为Pelamis、AWS WEC和AquaBuOY的装置。
在一些情况下，例如在US4453894和US6857266所示的装置中，设备有自然振动频率，因此只能够高效使用具有特定频率的波浪，或者需要锁定机构来克服该限制。
另一方面，为了寻找尽可能最高的效率，使用浮动或接近表面的元件的已知WEC需要根据波浪系统(将从该波浪系统中获取能量)的方向来定向。在任何情况下，只有在单频波浪中获取时或者在所有波浪都沿大致相同方向运动时效率才能令人满意，如US2005167988A1的装置以及Pelamis和Waveplane装置(由WavePlane Production A/S公司www.waveplane.com提供)。
而且，很多已知的装置必须与地连接或者布置在拍岸区域中，例如在US2005167988A1、US5411377中以及上述AWS WEC、Pelamis和AquaBuOY装置。因此，它们不能定位在波浪最大和具有最高潜能的位置。而且，在海滨上或靠近海滨的装置较笨重，并很难与环境保护相容。
最后，如前所述，大部分已知装置使用表面浮子以从波动中获得能量，或者在任何情况下它们都有较大容积部分至少在波浪循环的某些部分中高于水平面，它们可能过度暴露于恶劣天气中，并由于风和小波浪而拖动。这是在US4453894、US6857266、WO2004065785、US4232230、US4672222、US5411377的装置以及Pelamis、AquaBuOY、WavePlane和Wave Dragon(由Wave Dragon Aps公司www.wavedragon.net提供)装置中的情况。由于存在必须为有限尺寸的表面元件，因此还对于单个装置能够获取的能量有结构限制。
发明内容
本发明的目的是通过提供至少具有以下优点的装置来避免已知WEC的上述限制，这些优点为：
-通过使用波动的所有分量而具有更高的效率；
-对于单频波浪系统和非单频波浪系统都高效工作，而不会受到波浪方向和更小波长的波浪的明显影响；
-设计简单，容易实施和维护；
-由于自然震荡而引起的运动可忽略；
-位于海上、在非常深的水中的可能性；
能令人满意地抗极恶劣的天气。
该目的通过根据本发明的、改进的波能转换器来实现，该波能转换器的基本特征在第一所附权利要求中确定。
附图说明
通过下面参考附图对非限定实施例的说明，将更清楚本发明的改进波能转换器的特征和优点，附图中：
图1是本发明第一实施例的WEC的透视图；
图2是图1的WEC的侧视图；
图3是前图的WEC的仰视图；
图4是前图的WEC的底部部件的中心部分的轴向剖视图；
图5是本发明第二实施例的WEC的透视图；
图6是图5的WEC的仰视图；
图7是图5的WEC的底部部件的中心部分的轴向剖视图；
图8是本发明第三实施例的WEC的透视图；
图9是图8的WEC的柱的轴向剖视图；
图10是本发明第四实施例的WEC的透视图；
图11是图10的WEC的底部部件的周边部分的透视图；
图12是本发明第五实施例的WEC的透视图；
图13是图12的WEC的底部部件的中心部分的轴向剖视图；
图14是图12的WEC的笼结构的轴向剖视图；
图15和16分别是图12的WEC的水收集器的透视图和轴向剖视图。
具体实施方式
参考图1至4，根据本发明的改进波能转换器的第一实施例包括以下主要部件：上部浸没部件1(例如主要装有水和空气的柱形储罐，具有尽可能低的惯性质量)；底部浸没部件2，例如包括六个较小的柱形储罐3，这些较小柱形储罐3主要装有水和空气，环绕基本柱形的中心连接件5而成圆形形状刚性连接在一起；柱4，该柱4在上部部件1和底部部件2之间沿它们的公共轴线延伸，超过底部部件2凸出，且在内部提供有合适的配重系统(未视出)，并在沿它的长度与底部浸没部件2的平均位置相对应的一些点处；以及两个涡轮6，这两个涡轮6安装在横向杆7的各端，该横向杆7整个和垂直地与柱4交叉，并与柱4的自由底端相连。
柱还可以为格状钢的结构，具有比图中所示更大的截面，或者在任意情况下，结构都保证足够刚性和抵抗在运动时的应力。连接件5将被放大因而变形。为了帮助保持浸没部件1和2的位置相对于紧密环绕它们的水固定，还可以使它们具有虚质量(virtual mass)装置，该虚质量装置成局部包围水和/或翅片的形状。
柱4通过接头8而固定在上部浸没储罐1的底部扁平表明1a上，并允许柱相对于储罐1改变方位。接头8例如可以是球-窝类型接头。多个浮力元件9(例如充满空气的较小柱形储罐)通过索缆10而安装在上部浸没部件1的顶部扁平面1b上。在波浪的作用下，浮力元件9帮助使上部储罐1保持在离水平面恒定距离处，且它的顶表面11a与水平面平行。它们将通过更短波长的波浪而交替地浸没或露出，这样，将由它们的平均浮力产生稳定的作用。
在相同柱和底部浸没部件2之间的连接通过所述连接件5来实现。更详细地说，连接件包括盘形本体11，较小的储罐9安装在该盘形本体11的外侧表面上。球形壳体11a形成于本体11的内部，用于可旋转地容纳球部件12，该球部件12具有通孔12a，用于使柱4可滑动地插入。
因此，由于柱4与连接件5的球部件12的孔12a滑动接合，将保证底部浸没部件2沿柱4的轴向方向相对运动。而且，底部部件2可以通过球部件在本体11的壳体11a内的旋转接合而绕柱倾斜。可以通过提供球和/或滚子(与在滚子或球轴承结构中相同)或用于帮助在部件之间相对运动的其它装置来帮助滑动和旋转，这样，底部部件可以相对于柱自由地移动和倾斜。
为了简明，在附图中，底部部件2大致位于柱4的中部。不过实际上，柱4的在部件1和2之间的部分平均将比超过元件2在该元件2下面的部分更长，以便响应上部部件1的运动而在涡轮6上传递更大运动。
横向杆7与柱4的旋转端部分4a连接，这样，杆可以绕该柱4的轴线旋转，同时使它的中心保持在相同轴线上。涡轮6与杆7的端部连接，且它们的前侧对着杆，并有安装件，该安装件允许它们绕该杆的中心轴线旋转。
用于积累和/或转变由涡轮6(如后面将介绍)的运动而产生的能量的发动机系统将不再表示或说明，它的特征可以从现有技术中了解或导出。发动机系统可以位于底部浸没部件2的内部，并可以是例如用于使水电解和产生氢的装置，其可以很容易地再储存和定期船运收回。合适时，还可以使用电缆来将产生的电传递给浮动或浸没的发动机室，或者直接传递给电网。
在使用时，装置作为整体在正常工作时和在静止时具有中立浮力。在正常工作时，底部部件2的运动将小于上部部件1，这是在波浪作用的直接影响下，因为波浪的影响随着深度快速减小。特别是，在进入波浪的最大波长小于或等于在部件1和2之间的距离的限制条件下，底部部件2将在波浪循环中保持近似不运动。在真正布署中(其中，由于实际原因，在部件1和2之间的上述平均距离通常将小于全波长，底部部件的运动可以通过增加它的惯性质量而进一步减小(因此它的浮力减小，从而使它的总浮力为中立(neutral))。
另一方面，上部部件1将在波长与上述距离相当的单频波浪(因为水颗粒通常在单频波浪的影响下运动)的影响下沿圆形通路运动。当波浪系统并不是单频时，上部部件1的运动将由多个单频波浪(单频波浪是波浪系统的主要分量)确定的多个圆形通路的叠加。
上部部件1和浮力元件9的浮力通过柱4内部的配重以及通过该柱和横向杆7、涡轮6的重量而精确平衡，以便使得水位平均保持在浮力元件9的高度的大约一半。由于存在底部浸没部件2以及柱4内部的配重的惯性，上部部件1的圆形运动转变成柱4的底端的封闭轨迹。该轨迹只是大致的圆，因为只有当底部部件2总是恰好处于柱4的中点时运动才将是圆，这在正常工作中不可能发生。
在波浪作用下，柱4的底端再相对于周围的水运动，因此，横向杆7和涡轮6的整个组件运动，从而使得涡轮运动。利用翅片和/或马达，涡轮6可以保持总是指向相对于周围水运动的方向，以便获得更好的效率。在单频波浪系统的整个波浪循环中，涡轮绕横向杆7的轴线转360°。通过单频波浪系统，杆7不会相对于柱4旋转。当波浪系统是不同单频波浪系统的叠加时，涡轮6将总是毫不费力地指向运动方向，因为它们相对于周围的水描绘出一封闭轨迹，因此可以递增地改变方向。
根据涡轮6从它们通过水的运动中获得能量的效率以及连接件5在波浪循环过程中沿柱4的位置，柱的底端的轨迹将变成大致椭圆形，而不是圆形。上部部件1的轨迹也将在更小程度上变成大致椭圆形。通过改变底部部件2相对于柱4的两端的位置，人们可以改变该轨迹的形状和尺寸。特别是，可以用于根据波浪状态(regime)通过升高或降低底部部件2(通过可变浮力装置和/或推进器)而至少稍微动态地改变该位置，以便优化速度，并因此优化涡轮6的效率。
在整个波浪循环中，施加在底部浸没部件2上的力的结果将近似垂直，并将只取决于影响装置的波浪的能量和形状。因此，为了使底部部件2保持在恒定的平均位置，有这样的控制系统就足够了，该控制系统在多个波浪循环后考虑它的平均位置，且干涉为递增的，与作用在装置上的波浪的能量相比很小。特别是，当波浪的形状和能量保持恒定一会儿时，装置将达到平衡，且不需要进一步的干涉来使得底部部件2稳定。控制系统可以是浮力元件9类型的静态装置(见后面将介绍的第二实施例)，或者甚至只是包括由计算机控制装置驱动的可变浮力装置。
用于海洋装置的柱4的长度可以超过50米，以便使得底部部件2处于与上部部件1相比受到主要波浪的影响小得多的区域中，但是也可以更短，以便降低成本。实际上，即使有更短的柱，装置也以令人满意的方式工作，因为波浪的作用随着深度快速减小，而且，柱4的底端的运动的水平分量将大致与周围水的运动方向相反。在任意情况下，尺寸将进行优化，以便获得很高效率的装置，还考虑布署区域的主要波浪状态。
即使在多个波浪循环之后，上部部件1也将保持在底部部件2的上面，这是由于波动的特性，在良好近似的情况下，波动的特性并不涉及水的总体移动。为了补偿风在部件1和2的不同深度处具有不同速度和/或方向的水流的摩擦、以及可能的未预见异常事件的可能作用，上部部件1的浮力以及柱4和涡轮6的重量将进行优化，以便提供足够强的合适的力矩。也可选择，或者为了能够更快速地补偿异常事件的影响，小推进器可以布置在部件1和2上和/或沿柱4布置，该小推进器由计算机控制系统来控制。
浮力元件9可以由可变浮力装置来代替，该可变浮力装置安装在上部部件1上，并由计算机控制系统来控制。在任意情况下，上部部件1都将保持在离水的表面恒定的平均距离处，且它的上表面平均与水平面平行，因此，与在装置上的波浪作用的能量相比，该控制系统的干涉将是小规模的。这样，人们可以实现总体浸没，可能在海表面下很多米，这可以有利地减小磨损和撕裂以及危害船只的可能性。
在普通的海洋结构中，上部储罐1的容积将在1000m3的范围内，而更小的底部储罐3的容积将在200m3的范围内。在海洋布署时可能很容易超过1000m3的底部浸没部件2的容积将留下足够空间用于人们可能希望使用的能量转换系统的各种结构。
在简化形式中，在柱4和上部部件1之间的连接可能为刚性的，出而使柱总是保持垂直于储罐1的底表面1a，在本例中，该储罐1可以更高效地采取球形形状，且只有一个浮力元件9通过索缆连接在它的上部柱上。连接件5可以为简单的球-窝类型接头的形状，特别是在更小规模的布署时，或者使用万向(cardan)接头。
在另一简化形式中，底部浸没部件2的功能可以由唯一的连接件5来实现，该连接件5沿柱4布置在固定位置，并包含配重。这种简化与前述在柱和上部部件之间的连接的简化一起(尽管在一定程度上降低了装置的效率)能够快速构成非常简单和便宜的设备，它特别有利地用于测试和样机研究(prototyping)目的。当装置与电网直接连接时或通过电缆系统与外部发动机室连接时，不需要形成于装置中的发动机室，因此进一步降低了它的复杂性。
下面参考图5至7，在本发明装置的第二实施例中，与第一实施例中相对应的部件以相应参考标号表示，并将不再介绍。该装置在波浪作用下的总体性能与第一实施例的相同，其中，底部浸没部件102主要保持静止，上部浸没部件101由于波浪通过而随着水的运动而运动，并保持它的方位，这样，它的上表面101b总是基本与水平面平行。还有，在本例中，可以考虑使用虚质量装置(包围水和/或翅片)。
不过，在该实施例中，柱104的底端是自由的，也就是说没有横向杆和涡轮组件。从装置的运动中获得能量将通过装入使得上部储罐101的底表面101b与柱104连接的接头108内以及在柱104和底部部件102之间的连接件105内的液压和/或电装置来进行。接头108以与前述实施例相同的方式允许在柱和上部储罐之间改变方位，且通过波动来驱动的该相对运动将通过上述装置来用于获得能量。在连接件105中的装置从杆104通过孔112a的往复运动来获得能量。这种装置为已知，因此不再详细介绍。例如，在元件105内部，人们可以有线性发电机(例如由School of Electrical Engineering and ComputerScience，Oregon State University的MRSF提出的、在WEC浮子内部的线性发电机装置http://eecs.oregonstate.edu/msrf/)，同时在元件108内部，人们可以有一个或多个由相对运动驱动并与发电机连接的带轮或辊。
在该实施例中，人们还可以注意到多个另外的浮力元件113通过从较小储罐103凸出的径向梁114和与该梁114的自由端连接的索缆而连接在底部浸没部件102上。元件113有助于维持该装置相对于平均水平面的方位和位置。还有，施加在底部部件102上的力的平均结果将从静止位置变化成正常工作，且元件113将对它进行补偿。在这种情况下，球部件112中的孔112a是从球部件的相对侧轴向凸出的套筒112b的孔。
在本实施例的简化形式中，柱104可以由索缆代替，该索缆有连接在它的底端处的配重。在这种情况下，与具有柱的结构相比，实际上可以将底部部件102布置在离上部部件1更大距离处。然后，底部部件102可以竖立在海底附近，且合适时甚至可以将它锚系固定，以便简化它的设计。不过，最后形式的装置布署和维护将更困难，且更多地暴露于恶劣天气。
还一可选形式是通过可伸长的柱来连接上部和底部浸没部件，该柱为在第三实施例中进一步所述的类型，提供有能量获得系统，该能量获得系统利用柱的往复伸长和收缩运动。这样，人们免除在连接件105自身中的能量获得装置，且柱104可以终止于连接件，而不是穿过和超过它。这使得装置更紧凑，尽管有使得柱的结构更复杂的缺点。在异常大的波浪作用下，整个结构将运动，因为在这种情况下，底部部件也将受到波浪作用的影响。这减少了产生能使得装置分解的运动的可能性。
在任意情况下，两个部件的可能分离都不会是破坏性的，且装置能够在以后通过使柱穿过壳体返回连接件中(或者当采用第三实施例中的设计时使柱的两部分相互连回)而重新装配。该操作也可以通过在两部分上的计算机控制系统和小推进器而自动进行，再加上可以改变底部部件离水平面的距离(例如通过延长将元件113保持就位的索缆)。
参考图8和9，在本发明第三实施例的装置中，只使用线性发电机来捕获全部波动。在该实施例中，装置包括多个浸没部件201，例如四个部件，这些部件具有球形储罐的形状，主要装有水和空气，通过连接柱204而相互连接，例如确定3D结构，在本例中大致为四面体形。
各柱204(图9)包括棒204a，该棒204a同轴和可伸缩地以可滑动方式接合在管形套筒204b中。这样获得的组件的端部与各浸没部件201连接。通过棒204a和套筒204b相互的往复运动而进行供给的线性发电机205与该套筒的内侧端连接。这种发电装置为已知，因此只示意表示，并不详细说明。不过，可以参考对于第二实施例的描述。
单个部件201和单个柱204(具有相关发电机205)在浸没于水中并处于它们的平均工作深度时为中立浮力。在波浪的影响下，不同储罐201自身将处于不同的水运动形态，这是因为间隔开的距离并不等于多个波长，或者因为处于不同的深度。在它们之间的相对运动将在连接柱204上产生拉伸或压力。因此，内部的棒204a将相对于外部套筒204b运动，且该线性往复运动用于发电。因此，功率从连接装置中的不同部分的相对运动中获得。还在这种情况下，结构的几何形状为使得水颗粒的由于波浪作用的所有(圆形)运动都用于获取能量。
平均来看，所有部件201都将保持在相同位置，从而相对于周围的水保持基本静止，周围水的平均位置即使在经过多个波动循环后仍然不运动。在本例中也可以使用虚质量装置。不过，为了使浸没部件201平均保持在它们的标称四面体结构，将不时需要返回一些能量，以便移动储罐和柱的平均位置，从而抵消由于漂移、在不同深度的不同浮力、水流或各个部件的不平衡工作而引起的位移。这可以通过使用线性发电机作为线性电马达和/或通过将小的推进器连接到所述结构上和/或通过将弹簧布置在柱内和/或使用可变浮力装置来实现。
如果一个储罐201比其它三个相同储罐更重时(尽管排出相同量的水)，设计成在任何情况下都为中立总浮力的系统将自身定向成三个上部浸没储罐和一个底部储罐。在这种情况下，这些更轻的部件以及将它们相互连接的柱可以由单个浸没部件代替，如前述实施例的上部部件1、101，这样，整个装置可以保持在水平面下面基本固定的深度处。与底部储罐连接的其它连接柱也可以由单个柱代替，以便产生在涉及第二实施例时设想的变化形式。如果一个储罐比其它三个相同储罐更轻时，可以设想对第三实施例的结构进行类似简化。与前述实施例相同，装置可以通过使用可变浮力装置而平均保持在水面下固定的深度处，该可变浮力装置连接在储罐上，并由计算机控制系统来控制。
发动机室位于一个或多个储罐201内部，在典型的海洋布置中，该储罐201的容积可以为1000m3(实际容积将取决于优化选择，这又将特别取决于布署区域的典型波浪形态)。
与前述实施例中相同，在极大的波浪作用下，装置将整体运动，因此在它的部件之间将没有过多的相对运动。通过将可变浮力装置定位在储罐上和/或柱上，并与计算机控制系统连接，人们也可以响应更大波浪而使整个装置布置为下沉更深，并当波浪较小时升高，从而防止恶劣天气的破坏，并优化它的效率。
在实例中表示的四面体结构是可以采用的最简单的3D刚性结构，但是在相同的简单基本设计情况下也可以有很多其它的3D结构。例如，如上所述的多个四面体模块可以相互连接以便形成整个结构层，延伸几平方公里。这样的结构可以保持在平均海平面以下几十米的固定深度，以避免干涉船只和减小由于风暴和非常大的波浪而产生的危险。这样的结构将发电和维护功能模块化，从而考虑到单个模块的故障将不会阻碍整个系统令人满意地工作。
参考图10和11，在本发明第四实施例的装置中，只使用通过滑轮与索缆连接的发电机来捕获全部波动。不过，在该实施例中，功率从上部浸没部件和底部浸没部件之间的相对运动中获得，还从连接部件的系统的相应移动中获得。实际上，该实施例与上述第一和第二实施例有多个公共特征，因此相应部件以相应参考标号表示。在该实施例中，底部浸没部件302包括多个储罐303，这些储罐303通过中心环305而环绕它相互顺序刚性连接。
代替连接上部浸没部件301(有浮力元件309)和底部浸没部件302的柱，索缆304的第一端连接在上部部件301上，另一端而连接在重物316上，该索缆经过由框架318支承的偏离滑轮317，该框架318安装在各浸没储罐303的外侧。滑轮317驱动用于发电的各发电机(未视出)，这些发电机位于支承框架318内或在储罐303内。在单频波浪的作用下(这里为了简明)，上部部件301将运动大致圆形轨迹。这确定了索缆的交替牵引或释放，该索缆将使得滑轮317运动，并因此发电。
重物316的存在将保证在牵引和释放过程中都发电，还保证上部部件301平均将位于底部部件302的质心上面。底部储罐303将平均保持在它们的位置，因为它们排开的水、它们的惯性质量和它们的虚质量(由于局部包围水和/或翅片)。为了补偿异常事件和由于不平衡磨擦或水流引起的较小漂移，小推进器和/或可变浮力装置将与储罐303或环305连接，并由计算机控制系统来控制。在该实施例的变化形式中，底部浸没储罐303还可以通过附加浮力元件而保持就位，就像第二实施例中一样。
下面参考图12至16，本发明第五实施例的装置与第一实施例类似，也通过使用相应数目的相同或类似部件而制成。上部浸没部件401(具有浮力元件409)和底部浸没部件402有与第一实施例中相同的总体结构。它采用具有外部盘形本体411和旋转球部件412的连接件405，该旋转球部件412具有孔412a(图13)。与前述实施例中相同，也可以使用虚质量装置(局部包围水和/或翅片)。
比前述实施例中宽得多的孔412a容纳柱404的中心柱形块404d，示意性示出，该中心柱形块404d包围配重和由于产生电能的发动机室，如后面所述。柱404还包括中心芯404b，该中心芯从块404d的两个扁平基部轴向伸出。增强笼404c环绕该芯404b，从块404b的周边轴向伸出。
柱404的上端再以与前述实施例类似的方式通过接头408而与上部浸没部件401连接。柱404的底端可枢轴转动地支承水收集器406的接头，各水收集器406有进口前部嘴406a和具有翅片406b的尾部。两个收集器的组件可以绕柱404的中心轴线自由旋转，与第一实施例的、具有涡轮的横向杆类似。而且，各收集器可以绕在图14中以407表示的横向轴(与柱的中心轴线垂直)而摆动。收集器与形成于柱404的芯404b中的水回路(未视出)液压连接。水回路与块404d内的发动机室连通，该块404d装有发电系统，例如Francis涡轮，用于将水流转变成电能。
上部浸没部件401是充满空气的完全浸没储罐，它的浮力由柱404(包括具有配重的中心块404d)和水收集器406的重量来平衡。在波浪的作用下，柱404将相对于连接件405而以垂直往复运动方式运动，并将与球部件412一起相对于底部浸没部件402以震荡倾斜运动方式运动。块404d可以在不影响装置的工作的情况下滑动至孔412a的外部，因为在这种情况下笼结构404c将与球部件412接触，并提供所需的阻力。柱404的底端由此产生的运动将导致增压水通过收集器406而流入至柱的内部回路中，并因此形成驱动发动机室内的涡轮的水流。还有，在该实施例中，功率从浸没部件的相对运动中获得，从而使得连接柱的一端相对于它周围的水运动。
与第一实施例中相同，可以有多种变化形式，其中，底部浸没部件402的功能可以简单地由连接件405和块404d来执行，和/或上部接头408为刚性的，或者同时有这些简化。还可以考虑这样的变化形式，其中，收集器406由刚性布置在柱底端的多个收集器来代替，这些收集器相对、在多个不同水平方向上方且超过多个不同水平方向而相对于柱的轴线以各种角度方向朝上和朝下。在这种情况下，可能需要将阀布置在收集器的内部部件上，以便阻挡并不朝着柱底端运动方向的水流。这样的变化形式(同时具有全部三种简化)的效率将小于图中所示实施例，但是这样的重要优点是没有任何外部运动部件。
由上述可知，本发明的装置能够避开现有技术的波能转换器的所有限制，且利用不同概念的系统以从波浪中获得能量。
本发明的装置可以完全布置在水下，这样，它可以防止恶劣天气的影响，且在需要时也与更短波长的波浪隔离，该更短波长的波浪将使得海上结构磨损和撕开。可以使用两个或更多的浸没部件，通过以下的任意组合来保持相对于周围的水静止：局部包围水(虚质量)、翅片、惯性质量、推进器。
一些浸没部件(可能是在第一、第二、第四和第五实施例中的浸没部件)有尽可能低的惯性质量，且它的尺寸相对于希望获取能量的最小主波长较小，但是大到足以截断水的运动。其它的浸没部件或连接装置因此有非常大的惯性质量(在第一、第二、第四和第五实施例中)，以便补偿前述浸没部件的浮力。在第三实施例中，实际上所有浸没部件都有用于补偿它们内部浮力的惯性质量。
部件将随着紧密包围它们的水的运动而运动，对于单个单频波浪，该运动近似圆形。当部件布置在相对于主波长的不同运动形态中时(例如在不同深度)，它们彼此相对运动。通过用连接装置连接它们，可以从该相对运动中或从连接装置相对于某些浸没部件或相对于周围水引起的相对运动中获得能量。
因此，本发明的优点可以总结如下。
-它更高效，因为它利用波动的所有分量，它的部件尽可能相对于周围的水保持静止，与使用一个或多个浮子作为表面元件的普通装置相反。
-它可以有简单的设计，非常容易实施和维护，特别是在所述的某些简化变化形式中。如上所述，这也可以用于样机制造目的。
-只有当浸没元件具有非常低或非常大的惯性质量时，它才由于自然震荡而具有可忽略的运动。
-它可以位于海上，在非常深的水中。它的平均地理位置可以通过使用推力装置而保持恒定，或者在任意情况下可以通过与无线电发射器和/或灯发射器和/或声纳浮子相连的GPS系统来发信号。
-它可以如此设计以便大致不受极其恶劣天气的影响，或者只是稍微受影响。整个装置将由于非常大的波浪而运动，因此在部件之间的相对距离将只有在几乎不可能的因素组合情况下才超过限制点。在任意情况下，如果运动超过最大限制时，装置可以设计成简单地拆开，且人们可以布置成一旦风暴过去后使系统自己重新装配(可能以自动方式，如果部件提供有推进器)。
它通过单频波浪系统与通过非单频波浪系统一样高效，且它对于波浪方向不敏感。
装置的尺寸和它能够从波浪中获取的能量只受到波长的限制。简化计算显示应当可以构成从5m高(或更高)单频深水波浪中产生超过10MW功率(平均)的装置。
所有的实施例都参考它们的海洋结构来介绍；用于布署在具有更小波长波浪的区域中的实施例将因此按比例缩小。
在不脱离由附加权利要求确定的本发明保护范围的情况下，其它变化和/或改变可以形成本发明的改进波能转换器。
Claims (19)
1.一种波能转换器装置，包括至少两个部件(1、2)，所述至少两个部件通过连接装置(4)而相互连接，该连接装置(4)可运动，用于使得所述至少两个部件(1、2)能够响应布置该波能转换器装置的水中的波浪而相互移动，该波能转换器装置还包括：能量转换装置(6)，用于将所述连接装置(4)的运动转变成电能；以及用于储存产生的能量和/或将能量输送至其它位置的装置；其特征在于：所述至少两个部件(1、2)是完全浸没部件，使得该波能转换器装置整个作为中立浮力的位置保持装置，用于使得各所述浸没部件的位置相对于它们直接接触的周围的水保持基本静止，这样，所述至少两个部件(1、2)将在波浪的作用下以与布置在相同区域中的未扰动水颗粒基本相同的方式运动，所述至少两个部件(1、2)相互间隔开，以便分别处于受到波浪引起的水运动的不同影响的位置。
2.根据权利要求1所述的波能转换器装置，还包括：上部浸没部件(1)和底部浸没部件(2)，每个上部浸没部件和底部浸没部件至少包括充满水和空气的储罐，所述位置保持装置包括与所述连接装置(4)相连的重物装置。
3.根据权利要求2所述的波能转换器装置，其中：所述连接装置包括细长元件(4)，该细长元件在所述上部浸没部件(1)和所述底部浸没部件(2)之间延伸，并至少以可运动的方式与所述底部浸没部件(2)连接。
4.根据权利要求3所述的波能转换器装置，其中：所述底部浸没部件(2)包括用于使底部浸没部件(2)与所述细长元件(4)连接的连接件(5)，所述连接件(5)包括球部件(12)，该球部件(12)有孔(12a)，用于与所述细长元件(4)可滑动地接合，所述球部件(12)可在由所述连接件(5)的外部本体(11)确定的壳体(11a)内旋转。
5.根据权利要求3或4所述的波能转换器装置，其中：所述细长元件(4)通过球接头(8)而与所述上部浸没部件(1)连接。
6.根据权利要求3所述的波能转换器装置，其中：所述细长元件(4)超过所述底部浸没部件(2)延伸，所述能量转换装置包括涡轮装置(6)，该涡轮装置(6)与所述细长元件(4)的底端(4a)连接。
7.根据权利要求3所述的波能转换器装置，其中：所述细长元件(404)超过所述底部浸没部件(402)延伸，所述能量转换装置包括：水收集装置(406)，该水收集装置与所述细长元件(404)的底端连接；水回路，该水回路形成于所述细长元件(404)内，并与所述水收集装置(406)连通；以及水涡轮装置，该水涡轮装置布置在所述细长元件(404)中，并由所述水回路供给的水来驱动。
8.根据权利要求7所述的波能转换器装置，其中：所述细长元件(404)包括：轴线芯(404b)，所述水回路形成于该轴线芯中，该轴线芯从中心块(404d)伸出，该中心块(404d)接合到球部件(412)的孔(412a)中，并包围用于所述水涡轮装置的发动机室；以及增强笼(404c)，该增强笼环绕所述轴线芯(404b)，并从所述中心块(404d)的周边轴向凸伸出。
9.根据权利要求4所述的波能转换器装置，其中：所述能量转换装置包括发电机装置，该发电机装置由在所述细长元件(4、404)和所述球部件(12、412)之间以及在所述球部件(12、412)和所述外部本体(11、411)之间的相互位移来驱动。
10.根据权利要求2所述的波能转换器装置，其中：所述连接装置包括多个索缆(304)，这些索缆的第一端连接在所述上部浸没部件(301)上，另一端连接在重物(316)上，所述索缆(304)穿过由框架(318)支承的偏移滑轮(317)，该框架安装在所述底部浸没部件(302)上，所述能量转换装置包括发电机部件，该发电机部件由所述偏移滑轮(317)驱动，并装入所述底部浸没部件(302)中或与该底部浸没部件相连。
11.根据权利要求2所述的波能转换器装置，其中：所述上部浸没部件(1、101、301、401)相对于人们希望获取的最小主要波长具有较小尺寸。
12.根据权利要求11所述的波能转换器装置，其中：所述底部浸没部件(2、102、302、402)包括环绕中心盘形(5、405)或环形本体(305)的柱形侧表面周向布置的多个储罐(3、103、303、403)。
13.根据权利要求2所述的波能转换器装置，其中：多个浮力元件(9、109、309、409)通过索缆(10、110、310、410)与所述上部浸没部件(1、101、301、401)的顶表面(1b、101b、301b、401b)连接。
14.根据权利要求2所述的波能转换器装置，其中：多个浮力元件(113)通过索缆(115)与从所述底部浸没部件(102)伸出的径向梁(114)的各端连接。
15.根据权利要求3所述的波能转换器装置，其中：所述细长元件(4、104、404)具有可轴向伸长的结构，所述能量转换装置包括由细长元件(4、104、404)的往复延伸和收缩运动来驱动的发电机装置。
16.根据权利要求1所述的波能转换器装置，还包括：多个浸没部件，各浸没部件至少包括充满水和空气的储罐(201)，所述浸没部件通过多个细长元件(204)相互连接，以便形成3维组件，所述细长元件(204)有可轴向伸长的结构，所述能量转换装置包括发电机装置，该发电机装置由细长元件(204)的往复伸长和收缩运动来驱动。
17.根据权利要求16所述的波能转换器装置，其中：多个浸没部件(201)的数量为四个，这四个浸没部件通过六个细长元件(204)连接，以便形成四面体组件。
18.根据权利要求16或17所述的波能转换器装置，其中：各细长元件(204)包括：棒(204a)，该棒同轴和可伸缩地以可滑动方式接合到管状套筒(204b)中；发电机装置，该发电机装置与所述套筒的内端连接，以便由该棒和该套筒的相互往复运动来供给。
19.根据权利要求16所述的波能转换器装置，其中：所述浸没部件(201)相对于人们希望获取的最小主要波长具有较小尺寸。
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