CN103328814A - 具有发电机的波浪电力装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将水体(22、122)中的波浪的能量转换成电能的波浪电力装置(10、10'、110)。该装置包括：支撑结构(12、112)；面板(24、124)，诸如翼片或翼状物，铰接至支撑结构，该面板适于通过经过装置的波浪而移动，导致面板相对于支撑结构的倾斜或旋转运动；以及发电机(30、30'、130)，机械地接合至面板，该发电机适于将面板的倾斜或旋转运动的机械能转换成电能。本发明还涉及这种波浪电力装置的使用、以及一种用于将波浪电力装置中的面板的机械能转换成电能的方法。

Description

具有发电机的波浪电力装置
本发明涉及一种用于将水体中的波浪的能量转换成电能的波浪电力装置(wave power device，波能装置)。本发明还涉及这种波浪电力装置的使用、以及一种用于将波浪电力装置中的面板的机械能转换成电能的方法。
US2010111609(Espedal)公开了一种波能收集设备，该设备包括框架，该框架包括至少一个竖直地铰接的倾斜或旋转表面，例如面板或翼板形式的障碍物，以用于通过框架内的倾斜或旋转运动从经过的波压前部收集能量，其中，铰链定位在经过的波浪的浪底处的流体表面下方，所述障碍物与能够将倾斜或旋转运动转换成不同类型的能量的装置连接，其中，该设备位于这样的深度，即，使得倾斜或旋转障碍物破坏经过的波浪的浪尖处的表面。来自波浪的压力导致面板围绕铰链旋转。这在液压泵中产生压力。该压力通过管道传递至液压电机，该液压电机连接至产生电力的发电机。
此外，WO2006/100436Al(Aquamarine Power有限公司)公开了一种波能转换装置，以供在相对浅的水中使用，该装置具有用于锚定至水体的底部的基底部分以及枢转地连接至该基底部分的直立翼片部分。翼片部分被偏压至竖直面并且响应于作用在其表面上的波浪运动而围绕竖直面前后摆动。电力提取装置从翼片部分的运动提取能量。特别地，电力提取装置包括液压电机，该液压电机经由飞轮能量储存装置连接至变速发电机系统。
然而，US2010111609中的设备和WO2006/100436A1中的装置的缺点在于，用于将面板或翼片部分的运动转换成电力的装置是复杂的(US2010111609以及WO2006/100436A1使用液压系统来进行能量转换)，并且需要大量维护并遭受高能量损耗。
本发明的一个目的是至少部分地克服上述缺点，并提供一种改进的波浪电力装置，特别地，该装置在将其面板的运动转换成电力方面而言是耐用且有效的。
从以下描述中将显而易见的这些目的以及其他目的通过根据所附独立权利要求的波浪电力装置、波浪电力装置的使用、以及将波浪电力装置中的面板的机械能转换成电能的方法来实现。实施例在所附从属权利要求中阐述。
根据本发明的一个方面，提供一种用于将水体中的波浪的能量转换成电能的波浪电力装置，该装置包括：支撑结构；面板，诸如翼片或翼状物(wing)，铰接至支撑结构，该面板适于通过经过该装置的波浪而移动，导致面板相对于支撑结构的倾斜或旋转运动；以及发电机，机械地接合至面板，该发电机适于将面板的倾斜或旋转运动的机械能转换成电能。
通过使发电机机械地接合至面板，不需要也不使用液压系统。这提供了一种维护需求减少的耐用的波浪电力装置，因为需要较少的零件来进行能量转换。并且，通过省略位于面板与发电机之间的任何液压系统或类似物，可减小能量(转换)损耗并提高电力效率。
在一个实施例中，该装置进一步包括齿轮机构，其中，发电机通过所述齿轮机构接合至面板。齿轮机构可具有与面板的倾斜或旋转运动相比增大发电机的速度的齿轮比。齿轮机构可例如具有1：10(面板：发电机)的齿轮比。增大发电机的速度可使得本装置中的发电更有效。
齿轮机构可包括连接至面板并设置有齿的较大直径环、以及连接至发动机并适于与所述环的齿啮合的较小直径小齿轮。此外，支撑结构可包括大致水平细长元件，诸如杆或管，其中，面板通过设置在该元件周围的至少一个轴承附接至所述元件，齿轮机构的所述环也设置在所述元件周围，并且小齿轮设置在大致平行于所述元件的轴线上。
可替换地，齿轮机构可包括至少部分地设置在支撑结构的管元件内的行星齿轮，并且其中，发电机也设置在所述管元件内。行星齿轮可包括：一个或多个行星轮，所述行星轮部分地穿过管元件中的相应开口延伸到管元件外；以及外环齿轮，所述外环齿轮在所述开口处与行星轮啮合，并且所述外环齿轮连接至面板使得将面板的旋转或倾斜传递至所述外环齿轮。行星齿轮可进一步包括：中央恒星齿轮，所述中央恒星齿轮与行星齿轮啮合，并且所述中央恒星齿轮接合至发电机；以及固定架，行星齿轮安装在所述固定架上。波浪电力装置可进一步包括：壳体，容纳外环齿轮；驱动环，一方面经由所述壳体中的壳体开口附接至外环齿轮且另一方面附接至所述面板；以及密封件，布置成防止任何流体或颗粒经由所述壳体开口进入所述壳体。此外，齿轮机构可包括布置在所述行星齿轮与发电机之间的至少一个第二行星齿轮。
在另一实施例中，发电机可直接接合至面板。这提供具有最少零件的非常耐用的波浪电力装置。支撑结构可包括大致水平细长元件，诸如杆或管，其中，面板通过设置在该元件周围的至少一个轴承附接至所述元件，并且发电机为环形的且也设置在所述元件周围。
此外，发电机和任何齿轮机构中的至少一者可安装在支撑结构的外部上。通过将发电机(和/或任何齿轮机构)设置在支撑结构外，不需要使任何防水连接穿过支撑结构，支撑结构内部的大部分可用于容纳压载水(见下文)，并且，本装置在使用中被设置在其中的水体“自动地”提供对外部发电机(以及任何齿轮机构)的良好冷却。总的来说，实现了提高的功率效率和改进的冷却。
而且，面板的旋转(或倾斜)的轴线或中心可位于支撑结构内。
波浪电力装置可进一步包括设置在支撑结构内的至少一个压载箱、以及用于填充和排空至少一个压载箱的装置。该至少一个压载箱和用于填充和排空至少一个压载箱的装置可为在本申请人的题为“Wave power devicewith at least one ballast tank(具有至少一个压载箱的波浪电力装置)”的共同未决申请中所公开的类型(将该专利的内容通过引证结合于此)、或者为随后在本申请中公开的类型。
波浪电力装置可进一步包括释放机构，该释放机构适于在作用于面板上的力超出一特定值时使发电机(机械地或电地)分离。当发电机分离时，面板不发电而是仅随波浪一起移动，从而可在异常强有力的波浪撞击装置的情况下使波浪电力装置上的力最小化。
本发明的另一方面涉及根据上文描述的波浪电力装置的使用，以用于通过将这样的波浪电力装置设置在水体中而将水体中的波能转换成电能。该方面可呈现出与本发明的之前描述的方面相同或类似的特征和技术效果。
根据本发明的又一方面，提供一种用于将波浪电力装置中的面板的机械能转换成电能的方法，其中，波浪电力装置包括支撑结构以及铰接至支撑结构的例如翼片或翼状物的面板，该面板适于通过经过该装置的波浪而移动，导致面板相对于支撑结构的倾斜或旋转运动，所述方法包括：提供发电机，该发电机直接地或者通过齿轮机构机械地接合至面板，发电机适于将面板的倾斜或旋转运动的机械能转换成电能。该方面可呈现出与本发明的之前描述的方面相同或类似的特征和技术效果。
现在将参照附图更详细地描述本发明的这些和其他方面，附图示出了本发明的当前优选的实施例。
图1为根据本发明的一个实施例的波浪电力装置的立体图。
图2为根据本发明的另一实施例的波浪电力装置的立体图。
图3示出了图2的装置中的齿轮机构。
图4为根据本发明的又一实施例的波浪电力装置的立体图。
图5-图6为部分地以横截面示出了结合在图4的装置中的系统/齿轮机构的立体图。
图7为示出了图5-图6中的系统/齿轮机构的外环齿轮的布置的局部视图。
图8为示出了图4中的装置的内部细节的立体图。
图1为根据本发明的一个实施例的波浪电力装置或设备10的立体图。
波浪电力装置10包括支撑结构12。支撑结构12包括形成方形或矩形的一部分的四个水平圆柱形管14a-l4d。在该方形或矩形的每个角处竖立有直立管16a-l6d。应当注意的是，“水平的”和“直立的”(或“竖直的”)在此是指设想的如在图1中所示的波浪电力装置10的典型定向，然而当然，装置10在操作时的实际定向可例如由于到来的波浪而改变。
波浪电力装置10可进一步包括设置在管14和/或16内的至少一个水压载箱18、以及用于将压载水从周围的水体22填充到至少一个压载箱18中并从至少一个压载箱18排空压载水的装置20。这种装置20可包括入口/出口阀和泵。在图1中仅示意性示出了至少一个压载箱18和装置20。
波浪电力装置10进一步包括四个面板24a-24d。每个面板24均为翼片或翼状物的形式。两个面板24a-24b附接至一个水平管14a，而另外两个面板24c-24d附接至相对的水平管14c。每个面板24均通过至少一个轴承26水平地铰接至其水平管14。每个轴承26均设置在所讨论的水平管14周围，其中轴承26的内环附接至管14，并且轴承26的外环附接至面板24的(下)边缘28。这样，面板24可围绕其相应的支撑管14旋转360度，尽管可增加约束来限制面板24的旋转或倾斜。
此外，每个面板24均有浮力或包括浮力元件，使得当波浪电力装置10至少部分地浸没在水体中时，面板24朝向竖直面努力(strive)。可替换地或互补地，在波浪电力装置10中可包括用于朝着竖直面偏压面板24的装置。这种装置可例如包括附接在支撑结构与面板之间的弹簧等。
波浪电力装置10进一步包括多个发电机30a-30d，优选地，每个面板24一个发电机30。如在图1中所示，每个发电机30均为环形的并设置在所讨论的水平管14周围，接近轴承26。每个发电机30进一步机械地直接接合至其面板24，即，接合至其面板24的下边缘28，面板24围绕其支撑管14的倾斜或旋转运动的机械能可通过发电机30转换成电能或电力。可在本装置中使用的发电机的实例为可在商业上从挪威的Smartmotor AS购得的型号XTLV3和XTHV1000。
波浪电力装置10可进一步包括由参考符号32示意性表示的释放机构。释放机构32适于在作用于相应面板24上的力超出一特定值时自动地使一个或多个发电机30分离。发电机30可与面板24物理地且机械地分离，或者发电机30可与电网或类似物电断开。当发电机30分离时，其相关的面板24不发电，而是仅随波浪一起移动，从而可在异常强有力的波浪(例如，所谓的百年一遇的波浪)撞击该装置的情况下使波浪电力装置10上的力最小化。
在使用或操作中，波浪电力装置10至少部分地浸没在水体22(典型地为海)中，使得当面板处于竖直位置中时，面板24的上边缘34恰好位于水面之上。出于此目的，波浪电力装置10可为漂浮的或可漂浮的，并且，可使用任何压载箱18来精细地控制装置10的深度。可使用锚定设备36将波浪电力装置10锚定至海床。在一个可替换实施例中，装置10可直接竖立在海床上。在另一可替换实施例中，通过DPS(动态定位系统)将装置10保持在GPS位置中，其中，使用推进器或类似物来补偿任何偏离或漂移。
接近和经过波浪电力装置10的波浪使面板24移动，导致面板24相对于支撑结构12的倾斜或旋转运动(由图1中的弯曲箭头表示)，如上述US2010111609中那样，将该专利的内容通过引证结合于此。利用机械地接合至面板22的发电机30将本装置10中的面板24的倾斜或旋转运动的机械能直接转换成电力。如上所述，这允许提高鲁棒性并降低能量(转换)损耗。
应当注意的是，电力输出装置(即发电机30)设置在管14a、l4c外部，而面板24的旋转点或旋转轴线位于管14a、l4c内部。面板使波浪电力装置上的力平衡，同时电力输出装置不需要支撑结构12中的贯通套管，从而提高装置10的整体强度。
图2为根据本发明的另一实施例的波浪电力装置10'的立体图。图2的波浪电力装置10'可类似于图1的波浪电力装置10，但是装置10'进一步包括连接在每个面板24与相应的发电机30'之间的齿轮机构38a-38d。通常提供齿轮机构38，以便与面板24的倾斜或旋转运动相比增大发电机30'的速度，从而使发电更有效。出于此目的，齿轮机构38的合适的齿轮比为1：10(面板：发电机)，尽管如此，还设想了其中与面板24的倾斜或旋转运动相比增大发电机30'的速度的其他比例。
在图3中详细示出了齿轮机构38的一个实例。每个齿轮机构38均包括设置在管14a或l4c周围的较大直径环40。环40附接至随面板24一起旋转或枢转的部件42(例如，类似于轴承26)。
每个齿轮机构38均进一步包括小齿轮44。小齿轮44具有比环40小的直径，并且布置成与较大直径环40的齿46啮合。小齿轮44还通过由48示意性表示的轴线连接至发电机30'，该轴线48可大致平行于管14a或14c。这里，发电机30'不是如图1中的环形发电机，相反，其可为更常规的类型。
在波浪电力装置10'的可替换实施例(未示出)中，较大直径环可在内部上设置有齿，而环的外部附接至相应的面板，例如在其下边缘处附接。较大直径环还容纳在由两个外环和一个内环形成的壳体中。该容纳允许较大直径环随面板一起围绕支撑结构的水平管自由旋转。此外，该实施例中的小齿轮布置成在内环中的开口处与较大直径环的齿啮合。
在使用或操作中，波浪电力装置10'的功能类似于图1的波浪电力装置10，但是齿轮机构38增大发电机30'的速度，从而使发电变得更有效。
图4为根据本发明的又一实施例的波浪电力装置110的立体图。
波浪电力装置110包括支撑结构112。支撑结构112包括形成方形或矩形的一部分的四个水平圆柱形管114a-114d。在方形或矩形的每个角处可竖立有直立管。应当注意的是，“水平的”和“直立的”(或“竖直的”)在此是指设想的如在图4中所示的波浪电力装置110的典型定向，然而当然，装置110在操作时的实际定向可例如由于到来的波浪而改变。
波浪电力装置110可进一步包括设置在一个或多个管114内的至少一个水压载箱118、以及用于将压载水从周围的水体122填充到至少一个压载箱118中并从至少一个压载箱118排空压载水的装置120。这种装置120可包括入口/出口阀和泵。在图4中仅示意性示出了至少一个压载箱118和装置120。
波浪电力装置110进一步包括两个面板124a-124b。每个面板124均为翼片或翼状物的形式。一个面板124a附接至一个水平管114a，而另一个面板124b附接至相对的水平管114c。每个面板124均通过至少一个轴承126水平地铰接至其水平管114。每个轴承126均设置在所讨论的水平管114周围，其中轴承126的内环附接至管114，并且轴承126的外环附接至面板124的(下)边缘128。这样，面板124可围绕其相应的支撑管114旋转360度，尽管可增加约束来限制面板124的旋转或倾斜。可替换地，两个面板可附接至水平管114a，同时两个面板可附接至水平管114c。
此外，每个面板124均有浮力或包括浮力元件，使得当波浪电力装置110至少部分地浸没在水体中时，面板124朝向竖直面努力。可替换地或互补地，在波浪电力装置110中可包括用于朝着竖直面偏压面板124的装置。例如，这种装置可例如包括附接在支撑结构与面板之间的弹簧等。
波浪电力装置110进一步包括一个或多个发电机130，优选地，每个面板124一个发电机130。如将在下文中进一步阐述的，一个或多个发电机130设置在水平管114周围。
波浪电力装置110进一步包括连接在每个面板124与相应发电机130之间的齿轮机构138。通常提供齿轮机构138，以便与面板124的倾斜或旋转运动相比增大发电机130的速度，从而使发电更有效。出于此目的，齿轮机构138合适的齿轮比为1：10(面板：发电机)，尽管如此，还设想了其中与面板124的倾斜或旋转运动相比发电机130的速度增大的其他比例。
在图5-图6中详细示出了系统/齿轮机构138的一个实例。同时参照图7。齿轮机构包括部分地设置在对面板124进行支撑的一个水平管(管元件)114内部的第一行星齿轮或齿轮装置140(也称为周转齿轮(epicylicgear)或齿轮装置)。圆柱形管元件114内部的行星齿轮140可设置在至少部分地填充有润滑油的封闭隔室中，其中在隔室与发电机130之间具有隔离壁(未示出)。
行星齿轮140包括部分地穿过管元件114中的相应开口144延伸到管元件114外部的一个或多个(优选地为两个以上)行星齿轮142。所述行星齿轮也可称为行星轮。在图5-图6中所示的实例中，行星齿轮140包括三个行星齿轮142a-142c，并且管元件114具有三个开口144a-144c。优选地，开口144均匀地分布在管元件114的圆周周围，并且每个行星齿轮142布置成使得其的有齿部分或区段突出到管元件114外部。所有行星齿轮142a-142c可具有相同的尺寸。此外，行星齿轮142安装在架146上，该架146优选地相对于管元件114为固定的。
行星齿轮140进一步包括在所述开口144处与行星齿轮142啮合的外环齿轮148。外环齿轮148在外部上设置在位于管元件114的周围，以围绕管元件旋转，并且该外环齿轮具有与行星齿轮142啮合的面向内部的齿。可提供球轴承、滚子轴承、十字头轴承、滑动轴承等150，以允许外环齿轮148以较小的摩擦或没有摩擦地旋转。外环齿轮148可称为具有内齿的回转环。还设想，外环齿轮148可仅由行星齿轮142保持。
外环齿轮148容纳在管元件114的外部上的壳体152中。壳体152优选地在管元件114周围延伸。壳体在其一侧中具有开口(壳体开口)154。在该开口154处，外环齿轮148附接至驱动环156。驱动环156优选地由耐蚀材料制成，因为在装置110的使用过程中驱动环将暴露于海水。驱动环156还附接至面板124，使得面板124的旋转或倾斜可传递至外环齿轮148。
壳体152用于保持外环齿轮148，并且还用于将通过倾斜面板124引起的力传递至支撑结构112的其余部分和管元件114。在驱动环156与壳体152之间存在垫圈158，如从图7所见的，一对上部垫圈(密封件)和一对下部垫圈。垫圈158防止任何流体(例如海水)或颗粒从外部环境经由开口154进入壳体152并进一步进入管元件114中。每对中的两个垫圈158之间的空间可以填充有防水润滑剂或空气的过压以进一步确保不会渗水。润滑剂可以本身已知的方式连续且自动地供应。
在管元件竖直地布置在水中的情况下，可通过在管元件内形成空气的过压来减少或去除垫圈的使用。该过压防止水经由开口144和152进入管元件。
管元件114的包括齿轮机构138以及可选地发电机130的部分可为能够可拆卸地附接至管元件114的其余部分的单独模块。这样的部分可在其每个端部处设置有凸缘160，使得该部分可固定(例如，螺纹连接)至其余的管元件。
行星齿轮140进一步包括中央恒星齿轮162(也可称为恒星轮)。恒星齿轮162与行星齿轮142啮合。所有齿轮142、148、162的轴线通常为平行的，并且它们还通常平行于管元件114。
齿轮机构138进一步包括第二行星齿轮164，该第二行星齿轮具有两个以上(这里为三个)的行星齿轮166、行星齿轮166安装在其上的架(未示出)、外环齿轮170、以及中央恒星齿轮172。第一行星齿轮140的恒星齿轮162直接接合至第二行星齿轮164的架，并且第二行星齿轮164的外环齿轮170相对于管元件114是固定的。此外，第二行星齿轮164的恒星齿轮172接合至发电机130，使得将恒星齿轮172的旋转运动传递至发电机130，该发电机进而可将旋转运动转换成电能。恒星齿轮172可通过轴或通过一些其他装置(例如第三行星齿轮)直接接合至发电机130。
波浪电力装置110可进一步包括由参考符号132示意性表示的释放机构。释放机构132适于在作用于相应面板124上的力超出一特定值时自动地使一个或多个发电机130分离。发电机130可与面板124物理地且机械地分离，或者发电机130可与电网或类似物电断开。当发电机130分离时，其相关的面板124不发电，而是仅随波浪一起移动，从而可在异常强有力的波浪(例如，所谓的百年一遇的波浪)撞击该装置的情况下使波浪电力装置110上的力最小化。
在使用或操作中，将波浪电力装置110至少部分地浸没在水体122(典型地为海)中，使得当面板处于竖直位置中时，面板124的上边缘134恰好位于水面之上。出于此目的，波浪电力装置110可为漂浮的或可漂浮的，并且，可使用任何压载箱118来精细地控制装置110的深度。可使用锚定设备136将波浪电力装置110锚定至海床。在一个可替换实施例中，装置110可直接竖立在海床上。在另一可替换实施例中，通过DPS(动态定位系统)使装置110保持在GPS位置中，其中，使用推进器或类似物来补偿任何偏离或漂移。
接近和经过波浪电力装置110的波浪使面板124移动，导致面板124相对于支撑结构112的倾斜或旋转运动(由图4中的弯曲箭头表示)。利用通过齿轮机构138机械地接合至面板122的发电机130将本装置110中的面板124的倾斜或旋转运动的机械能直接转换成电力。
特别地，面板124的运动通过驱动环156转变成外环齿轮148的运动，该外环齿轮因而围绕管元件114旋转。架146相对于管元件114是固定的，其中，外环齿轮148的旋转导致行星齿轮142和恒星齿轮160的旋转。换句话说，对于第一行星齿轮140，行星架146是固定的，外环齿轮148为“输入”(对系统提供功率)，而恒星齿轮160为“输出”(从系统接收功率)。
恒星齿轮160的旋转导致第二行星齿轮164的架旋转。由于外环齿轮170是固定的，因而这导致第二行星齿轮164的恒星齿轮172旋转，该恒星齿轮进而对发电机130提供动力。因而，对于第二行星齿轮164，行星架为“输入”，而恒星齿轮172为“输出”。可替换地，在第二行星齿轮164中，行星架可为固定的，同时外环齿轮170为“输入”且恒星齿轮172为“输出”。
以上参照图5-图7描述的齿轮机构可表示为“两级行星齿轮”。然而，应当注意的是，可省略第二行星齿轮164，在这种情况下，第一行星齿轮140的恒星齿轮162直接接合至发电机130(“一级行星齿轮”)。但是两个以上的行星齿轮产生更大的齿轮比。
图8为示出了图4中的装置的一个管114内的内部细节的立体图。从右到左为行星齿轮140、第二行星齿轮(以及可选的第三行星齿轮)164、释放机构132(这里为用于齿轮机构与发电机130之间的机械分离的离合器的形式)、检修孔/梯子、两个变换器、保险丝/切断开关、以及输出缆线。
在参照图4-图8描述的实施例中，同样通过齿轮机构实现管元件114中的全强度(full strength)。同时，在面板124的旋转角度方面不需要限制。此外，本实施例对来自外界的干预较不敏感，因为发电机和许多其他部件设置在管元件内部并且因此受到保护而免受周围环境的影响。并且，可将大扭矩从面板传递至发电机，因为有三个以上的齿轮传递该运动。并且，该运动传递可加快或减慢。并且，当维修波浪电力装置时，可去除并替换包括齿轮机构的整个管部分。
上述装置10和10'和110可例如布置在具有适中的波浪状况的区域(即，2至6米的海)中，并且这些装置可形成近海风电场工地的一部分。
本领域技术人员应当认识到，本发明决不限于上述实施例。相反，在所附权利要求的范围内，多种修改和变型是可能的。
例如，即使权利要求陈述了“面板”和“发电机”等，但这并不排除本装置可进一步包括如在上文中举例说明的元件。并且，可省略竖直管16a-l6d。
根据另一方面，提供了一种用于将水体224中的波能转换成电能的可漂浮的波浪电力装置210，该装置包括：支撑结构212；至少一个面板220，诸如翼片或翼状物，铰接至支撑结构，至少一个面板适于通过经过该装置的波浪而移动，导致至少一个面板相对于支撑结构的倾斜或旋转运动；至少一个压载箱228；以及用于填充和排空至少一个压载箱的装置236。
至少一个压载箱以及用于填充和排空至少一个压载箱的装置可用于精细地控制波浪电力装置在水中的(漂浮)深度。此外，波浪电力装置为可漂浮的装置，这使得在不使用运输驳船等的情况下可将其容易地拖拉到水体中的适当位置中。在压载箱中没有压载物或仅有很少的压载物的情况下，可使波浪电力装置下水到相对浅的水体中，并且可使波浪电力装置的吃水最小化以有利于拖拉波浪电力装置。并且，由于在至少一个压载箱填充有压载物之前用于波浪电力装置上的系泊用具和/或锚的支架可位于水面之上，因而可有利于将系泊用具和/或锚附接至波浪电力装置。而且，压载箱排空的波浪电力装置的总重量变得小于具有固定压载物的波浪电力装置的总重量。这可有利于与本波浪电力装置相关的一些操作，例如，必须通过起重机或驳船或类似物从水中完全提升波浪电力装置的情况。
至少一个压载箱可设置在支撑结构内部。这样，可方便地利用支撑结构的内部，并且可保护至少一个压载箱免受外界干扰，诸如与船或类似物的碰撞。
支撑结构可包括在支撑结构内形成分离的空间的多个隔板(bulkhead)234。这确保即使在一个空间中存在泄露，波浪电力装置也不会下沉。每个空间可构成或形成压载箱。
支撑结构可包括方形或矩形框架216以及可选地四个直立塔218，框架的每个角中具有一个塔，并且至少一个面板附接至框架，其中，所述框架和塔为至少部分地中空并且包含至少一个压载箱。这种支撑结构可为非常稳定和耐用的。
用于填充和排空至少一个压载箱的装置可适于允许(压载)水在至少一个压载箱与水体之间的移动。因而，除了波浪电力装置在其中工作的水体(例如海)之外，不需要专用的压载物源。
用于填充和排空至少一个压载箱的装置还可适于迫使压载物移到至少一个压载箱中或者从至少一个压载箱移出。用于填充和排空至少一个压载箱的装置可例如包括泵。
用于填充和排空至少一个压载箱的装置还可被远程控制，使得波浪电力装置例如可在任何人员有必要接近该波浪电力装置之前升至水面。
至少一个压载箱可为分布在支撑结构内的多个压载箱228'、228”，其中，用于填充和排空至少一个压载箱的装置适于选择性地填充或排空不同的压载箱，以提供支撑结构的不均匀漂浮。这样，可使波浪电力装置向一侧倾斜，使得支撑结构在另一侧上的部分位于水面之上，由此可容易地在这些部分上进行维护和/或检查。
波浪电力装置可进一步包括适于将面板的倾斜或旋转运动的机械能转换成电能的能量转换装置226。能量转换装置可例如包括液压系统、或机械地接合至如上所述的面板的发电机。
此外，至少一个压载箱的尺寸可构造成使得压载箱被填充的波浪电力装置漂浮，其中至少一个面板的顶部恰好位于水体表面之上。在该位置中，发电是最佳的。
并且，至少一个压载箱的尺寸可构造成使得压载箱被排空的波浪电力装置的绝大部分(漂浮)在水体表面之上，例如，至少一个面板完全位于所述表面之上。在该位置中，可在水面之上更换面板，而不必使用潜水员或ROV(远程操作水下交通工具)且不必使用用于波浪电力装置的专用提升设备。
根据另一方面，提供了一种操作或管理根据以上描述的波浪电力装置的方法，该方法包括以下步骤中的至少一个：将压载物填充到至少一个压载箱中以增加波浪电力装置的漂浮深度；以及从至少一个压载箱排空压载物以减小波浪电力装置的漂浮深度。该方面可呈现出与之前描述的方面相同或类似特征和技术方面。
至少一个压载箱可为分布在支撑结构内的多个压载箱，其中，所述方法进一步包括：选择性地填充或排空不同压载箱以提供支撑结构的不均匀漂浮。
此外，可排空至少一个压载箱使得波浪电力装置绝大部分位于水体表面之上(参见例如图2a)。
所述方法可进一步包括以下步骤中的至少一个：当波浪电力装置绝大部分位于所述表面之上时拖拉波浪电力装置；以及当波浪电力装置绝大部分位于所述表面之上时将系泊用具和/或锚附接至波浪电力装置上的位于水面之上的支架。
图9为波浪电力装置的部分以横截面形式的立体图。
图10a-图10c示意性示出了图9的波浪电力装置在海中的各种状态或位置。
图9示出了波浪电力装置或设备210。
波浪电力装置210包括支撑结构212。支撑结构212包括形成方形或矩形框架216的一部分的四个水平圆柱形管214a-214d。在该方形或矩形框架216的每个角处竖立有直立管或塔218a-218d。应当注意的是，“水平的”和“直立的”(或“竖直的”)这里是指设想的如在图9中所示的波浪电力装置210的典型定向，但是当然，装置210在操作时的实际定向可由于例如到来的波浪而改变。
波浪电力装置210进一步包括四个面板220a-210d。每个面板220均为翼片或翼状物的形式。两个面板220a-220b附接至一个水平管214a，而另外两个面板220c-220d附接至相对的水平管214c。每个面板220均通过至少一个轴承222水平地铰接至其水平管214。此外，每个面板220均为有浮力的或者包括浮力元件，使得当波浪电力装置210至少部分地浸没在水体224中时，面板220朝向竖直面努力。可替换地或互补地，在波浪电力装置210中可包括用于朝着竖直面偏压面板220的装置。这种装置可例如包括附接在支撑结构与面板之间的弹簧等。
波浪电力装置210可进一步包括由参考符号226示意性表示的能量转换装置。能量转换装置226适于将面板220的倾斜或旋转运动的机械能转换成电能。能量转换装置226可例如包括液压系统、或机械地接合至如上所述的面板的发电机。
波浪电力装置210进一步包括至少一个压载箱228。至少一个压载箱228通常用作控制波浪电力装置210在水224中的(漂浮)深度的装置。可在每个管214和218的内部布置一个或多个压载箱228。在图9中所示的实例中，管214a包含两个压载箱228a-228b，并且直立管218a包含四个压载箱228c-228f。仅保留直立管218a的顶部隔室230以用于其他技术设备232。其他管214b-214d和218b-218d可以相同的方式构造。
此外，在管子214和218的内部可在压载箱228之间适当地设置隔板234。隔板234在支撑结构212内形成分离的空间，以在万一支撑结构212开始泄漏时防止波浪电力装置210下沉。并且，在一个空间中泄漏的情况下，可用空气填充另一空间以补偿增加的重量。
波浪电力装置210进一步包括用于填充和排空至少一个压载箱228的装置。这样的装置由参考符号236示意性表示。装置236可设计成允许压载水在至少一个压载箱228与水224之间移动，使得来自波浪电力装置210设置于其中的水体224中的水适当地被用作压载物。装置236典型地包括多个入口/出口阀和至少一个泵。泵可用于从压载箱228强制地去除压载水，尽管如此，还设想用于排空压载箱228的其他解决方案。例如，可使用压缩空气吹空(blow out)压载箱228。装置236可进一步通过无线电设备或类似物(未示出)被远程控制。
现在将进一步参照图10a-图10c描述波浪电力装置210的示例性布置以及操作和维修。
当波浪电力装置210下水到水体224(典型地为海)中时，压载箱228应当为空的或几乎为空的。在该状态下(图10a)，波浪电力装置210在水224中漂浮得“高”。这意味着不需要非常深的水体来使装置210下水。
然后，可通过拖船将波浪电力装置210运输至其操作位置。由于在压载箱228中仍不存在任何有效的压载物，波浪电力装置210的吃水最小化。这有利于拖拉。
当波浪电力装置210已到达其操作位置时，可将系泊用具和/或锚附接至波浪电力装置210上的支架(未示出)，而在用水填充至少一个压载箱228之前，支架始终位于水面之上。
然后，起动用于填充和排空压载箱228的装置236，使得来自周围的海224的水填充压载箱228。装置236的入口阀可例如为打开的，允许水从海224进入到压载箱228中。通过填充压载箱228，增加了波浪电力装置210的漂浮深度。应将水填充到至少一个压载箱228中，直到波浪电力装置210至少部分地浸没在海224中为止，使得当面板处于竖直位置中时，面板220的上边缘恰好位于水面之上。在图10b中示出了波浪电力装置的此位置。
在波浪电力装置210的操作中，面板220通过接近和经过波浪电力装置210的波浪而移动，导致面板220相对于支撑结构212的倾斜或旋转运动(由图9中的弯曲箭头表示)，正如上述US2010111609中那样，将该专利的内容通过引证结合于此。面板220的倾斜或旋转运动的机械能由能量转换装置226转换成电能。
与面板220组合的本支撑结构212在捕获波能方面是有效的。由于大部分支撑结构212位于水面之下，因而支撑结构不太受波浪影响并且其移动是有限的。支撑结构还是在水中具有比波浪高得多的高固有频率的非常惰性的结构。与跟随波浪的轻得多的面板220一起，惰性的支撑结构212在水中为几乎静止或固定的，因此波浪电力装置210的效率高。
在任何时候，因此通过起动装置236可使波浪电力装置210升至水面并回到图10a中所示的位置。例如，可起动装置236的一个或多个泵，以迫使水经由一个或多个出口阀从压载箱228流出并回到海224中。可使波浪电力装置210例如在待进行波浪电力装置210的检查或维护时升至水面。在这种情况下，可容易地从船上检查或接近波浪电力装置210，并且可不必使用潜水员或潜水艇设备。当需要将波浪电力装置210重新布置(例如拖拉)至不同位置时，也可使波浪电力装置210适当地升至水面。
还可选择性地填充和排空波浪电力装置210的压载箱。在图10c中，位于装置210的一侧(在图10c中为左侧)上的压载箱228'包含压载水，而位于另一侧(在图10c中为右侧)上的压载箱228”是空的。这导致波浪电力装置210的不均匀漂浮，该装置变得向一侧倾斜，使得支撑结构的另一侧上的部分位于水体224的表面之上。这允许在这些部分上容易地进行维修和/或检查。因此，可简单地通过调节不同压载箱228中的压载物的量来检查整个支撑结构212，甚至是对于在支撑结构212被均匀地压载时通常位于水下的部分。可例如通过使每个箱228具有一个填充/排空装置236、或者通过包括用于在不同箱之间转移压载水的装置来实现压载箱228的选择性填充和排空。
波浪电力装置210可例如布置在具有适中的波浪状况的区域(即，2至6米的海)中，并且波浪电力装置可形成近海风电场工地的一部分。

Claims (18)

1.一种用于将水体(22)中的波浪的能量转换成电能的波浪电力装置(10、10'、110)，所述装置包括：
支撑结构(12、112)；
面板(24、124)，诸如翼片或翼状物，铰接至所述支撑结构，所述面板适于通过经过所述装置的波浪而移动，导致所述面板相对于所述支撑结构的倾斜或旋转运动；以及
发电机(30、30'、130)，机械地接合至所述面板，所述发电机适于将所述面板的所述倾斜或旋转运动的机械能转换成电能。
2.根据权利要求1所述的波浪电力装置(10'、110)，进一步包括齿轮机构(38、138)，其中，所述发电机(30'、130)通过所述齿轮机构接合至所述面板。
3.根据权利要求2所述的波浪电力装置，其中，所述齿轮机构具有一齿轮比，与所述面板的所述倾斜或旋转运动相比，所述齿轮比增大所述发电机的速度。
4.根据权利要求2或3所述的波浪电力装置，其中，所述齿轮机构(38)包括连接至所述面板并设置有齿(42)的较大直径环(40)、以及连接至所述发电机并适于与所述环的所述齿啮合的较小直径小齿轮(44)。
5.根据权利要求4所述的波浪电力装置，其中，所述支撑结构包括大致水平细长元件(14a，l4c)，诸如杆或管，所述面板通过设置在所述元件周围的至少一个轴承(26)附接至所述元件，所述齿轮机构的所述环(40)也设置在所述元件周围，并且所述小齿轮设置在大致平行于所述元件的轴线(48)上。
6.根据权利要求2或3所述的波浪电力装置，其中，所述齿轮机构(138)包括行星齿轮(140)，所述行星齿轮至少部分地设置在所述支撑结构的管元件(114)内，并且其中，所述发电机(130)也设置在所述管元件内。
7.根据权利要求6所述的波浪电力装置，其中，所述行星齿轮包括：
一个或多个行星轮(142)，所述行星轮部分地穿过所述管元件中的相应开口(144)延伸到所述管元件外，以及
外环齿轮(148)，所述外环齿轮在所述开口处与所述行星轮啮合，并且所述外环齿轮连接至所述面板使得将所述面板的旋转或倾斜传递至所述外环齿轮。
8.根据权利要求7所述的波浪电力装置，其中，所述行星齿轮进一步包括：
中央恒星齿轮(162)，所述中央恒星齿轮与所述行星轮啮合，并且所述中央恒星齿轮接合至所述发电机，以及
固定架(146)，所述行星轮安装在所述固定架上。
9.根据权利要求7或8所述的波浪电力装置，进一步包括：壳体(152)，容纳所述外环齿轮；驱动环(156)，一方面经由所述壳体中的壳体开口(154)附接至所述外环齿轮且另一方面附接至所述面板；以及密封件(158)，布置成防止任何流体或颗粒经由所述壳体开口进入所述壳体。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的波浪电力装置，其中，所述齿轮机构包括布置在所述行星齿轮(140)与所述发电机之间的至少一个第二行星齿轮(164)。
11.根据权利要求1所述的波浪电力装置(10)，其中，所述发电机直接接合至所述面板。
12.根据权利要求11所述的波浪电力装置，其中，所述支撑结构包括大致水平细长元件(14a，l4c)，诸如杆或管，所述面板通过设置在所述元件周围的至少一个轴承(26)附接至所述元件，并且所述发电机(30)为环形的并且也设置在所述元件周围。
13.根据权利要求1-5或11-12中任一项所述的波浪电力装置，其中，所述发电机和任何齿轮机构中的至少一者安装在所述支撑结构的外部上。
14.根据任一前述权利要求所述的波浪电力装置，其中，所述面板的旋转或倾斜的轴线或中心位于所述支撑结构内。
15.根据任一前述权利要求所述的波浪电力装置，进一步包括设置在所述支撑结构内的至少一个压载箱(18)、以及用于填充和排空所述至少一个压载箱的装置(20)。
16.根据任一前述权利要求所述的波浪电力装置，进一步包括释放机构(32)，所述释放机构适于在作用于所述面板上的力超出一特定值时使所述发电机分离。
17.根据任一前述权利要求所述的波浪电力装置(10、10'、110)的使用，以用于通过将这样的波浪电力装置设置在水体中而将所述水体(22、122)中的波浪的能量转换成电能。
18.一种用于将波浪电力装置(10、10'、110)中的面板(24、124)的机械能转换成电能的方法，其中，所述波浪电力装置包括支撑结构(12，112)以及铰接至所述支撑结构的例如翼片或翼状物的所述面板，所述面板适于通过经过所述装置的波浪而移动，导致所述面板相对于所述支撑结构的倾斜或旋转运动，所述方法包括：
提供发电机(30、30'、130)，所述发电机直接地或者通过齿轮机构(38、138)机械地接合至所述面板，所述发电机适于将所述面板的所述倾斜或旋转运动的机械能转换成电能。
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