CN104736840B - 波能量转换 - Google Patents

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Abstract

波能量转换器(10)具有带有面(20)的主体部分(18)和至少一个柔性膜(16)，限制至少一部分的流体体积，以形成可变体积单元(22)。该膜是从垂直倾斜，为波能量从波(14)提供流动平滑通路以在WEC上行进，同时使至少一个膜朝向主体变形来压缩流体。单元可以被浸没或浮动。至少一个膜的倾斜有助于波的势能和动能的转化来增加流体内的压力。WEC单元和/或系统内的流体压力可以被优化，以适应波浪和/或性能条件。

Description

波能量转换
技术领域
本发明涉及波能量转换。
背景技术
针对当前所关注的全球变暖、碳排放及限制使用或获得传统的化石燃料，可替代的再生能源正变得越来越重要。
公知的是用于产生电能的太阳能、风能和波浪发电系统。太阳能光热发电系统在阳光充沛时正常工作，否则如果需要连续能量输出的话，在日照时需要将能量存储起来并且在夜晚释放。这通常是通过相变的盐(储存热能时液化，释放热能时再固化)来实现的。然而，如果在白天未能存储足够的热能，则存在的风险是能量输出有可能被耗尽。
显然，风能需要足够的空气流动来产生电力形式的风力涡轮机。虽然风力涡轮机技术已经进步了并且风能已变得更具有成本效益，但仍然存在中断以及使多个风力涡轮机定位成足以产生所需量的可再生能量的挑战。风力涡轮机在地上产生对当地不能总是接受的视觉和噪音影响。风电场最近已选址在海上，以便受益于更可靠的盛行风，并且减少存在的高大风力涡轮机对环境的影响。
从海洋中提取能量是可再生能源领域中的公认概念。波能量的主要好处在于，几乎总是存在从波中提取的至少一些能量，由此使得波能比太阳能热或风能潜在地更加可靠，并且在对当地环境具有更低的视觉及潜在地更低的噪音的影响方面更加地环保可接受。
虽然波能量在概念上相对简单，然而波能量是复杂的能源介质。
能量通过海洋有效地“滚动”，以圆形或椭圆形(取决于水的深度)摆动运动(上下“垂荡”和来回“浪涌”)移动水粒子，依靠水的流动性和粘度来将能量从一个地方传递到另一个地方。水在垂直和水平方向上不断地改变方向，并且自然地不断从势能(高度)变化到动能(运动)以及其间的组合。
来自海洋的波浪同样没有规律。虽然在给定的地点和给定的时间可能存在平均周期和平均波高，但波与波之间以及在每个波内仍然会存在差异。
这完全对试图从波中提取能量的任何波能量转换器(WEC)(有时也称为波能量转换装置或WECD)造成了显著的挑战。为了提高效率，转换器必须与波很好地“耦合”(即回应或“追踪”波动)，而在同时抵挡足以从波中提取能量的浪。转换器还必须坚固以在暴风雨期间承受波浪力(特别不利的力)，并有效地降低能量损失，且具有成本效益。
先前已经构思出了许多不同的WEC。然而，同样从波中提取能量足够有效并且同样充分可靠的具有成本效益的转换器的开发至今被证明是难以捉摸的。
许多WEC非常大，并且其构造和操作“机械”，从而导致高的制造、维护和/或操作成本，以及由于转换器的高质量和惯性而造成很难维持与波耦合。这导致低耦合(带宽)和很差的现实世界性能。
一些WEC使用相对复杂的方法来捕获、传输波能量以及将其转换为电能，往往通过连续能量转换进行，从波(流体)能量至机械至液压至旋转机械(涡轮机)至电能。转换的每个阶段都具有效率及系统复杂性成本，并导致能量损失。传输的每个阶段都具有摩擦损失，特别是当在高压和速度比如液压下与致密的流体(液体)工作时。
一些转换器只专注于水中能量的一个方向分量(即垂直或水平分量)，并不试图或有效地捕捉垂直和水平分量或者适应波中能量流动的流体性质。
其他WEC使用振荡水柱(OWC)，依赖于移动大量的水进出开放室或腔，该运动在涡轮机上来回泵送空气从而转动发电机。这些OWC转换器通常需要水改变方向并且围绕非流线型边缘流动。这增加了系统中的摩擦和能量损失，并且可以引入不必要的延迟，从而可能阻碍与波良好的耦合。相对于转换器的功率输出，这些转换器在其建造、安装或锚定中还需要相当量的材料。涡轮还暴露于汲有盐的空气，这可能会增加抵抗腐蚀的成本以及与保持叶片清洁来维持性能相关联的维护成本。
许多WEC还位于近海并且在恶劣天气条件下极其高力显而易见的海面上。这相对于有效功率输出增加了转换器的成本。
已显示出巨大潜力的WEC的一个领域可被表征为“膜”电力转换器，更具体地说是膜-气动电力转换转换器。这些转换器使用一系列低成本和低惯性膜或隔膜来与波相互作用并有效地将能量转移到第二流体(通常是低惯性、低摩擦的流体比如空气)，其将能量发送到涡轮机和发电机上。一般而言，因为低系统惯性(快速响应)以及用于其降低的复杂性，这些WEC比其他WEC可以表现出与波更好的耦合，并且有可能比上面所讨论的其他类型的WEC在更宽范围的波条件下更加成本有效地产生功率。
各种波能量转换器在现有专利文献中得到讨论。例如，20世纪60年代Semo的US3353787提出使用水或油作为第二(传输)流体。目的是具有能够更好抵御风暴的坚固海底转换器，并且利用在当时比其他更复杂的转换器更大比例的现有波浪能。Semo提出了每个具有柔性上表面的一系列细长腔，以通过单向阀将不可压缩的流体(液体)泵送至岸上流体电动机用于能量提取。流动在与流出相同的回路中从岸上返回，但是通过小孔进入腔。
20世纪70年代中期Lesster的US3989951讨论了一种浸没式转换器，其使用可压缩流体(比如空气)作为传输流体，以通过降低传输流体的质量和惯性来提高转换器的响应性。Lesster还提供了更短的柔性壁单元，以提高操作的灵活性，并且使波浪依次在每个单元上沿着转换器的长度行进。在回路中分离并流出回路使空气从每个单元通过单向阀，并且在提供对气流的“推拉”动作的闭环回路中导致一个或多个涡轮发电机。
20世纪70年代后期French的US4164383主张垂直于波阵面的转换器的纵向(脊柱)设计和定向。此转换器使用具有单向阀的闭环电路，并且将空气用作传输流体，但是将转换器移动成浮动的转换器处于或略低于像长‘脊柱’的波浪的表面，并且使用像分隔成隔室的袋的单个柔性外壳。
20世纪80年代早期以后French的US4375151披露了一种控制系统，其使用波高度和多个闭环回路以及涡轮发电机，通过减少气流脉动来提高能量提取的效率，并且提高转换器的海保持，特别是桨距控制。
20世纪80年代早期Bellamy的US4441030公开了一种类似的浮动“脊柱”设计，但在“终端”模式下，即平行于波阵面，柔软的“枕形袋”装出脊柱的侧面来捕捉波能量并减少磨损袋。主要重点是在袋设计上，但该专利文献还公开了使用每单元单个自整流涡轮，而不是先前的闭环电路。
Bellamy后来的专利文献US4675536在80年代中期进一步提出了一种圆形或环形设计来减少转换器的尺寸和成本，提高其海保持，并且回复至使用一系列膜的选择，但现在垂直定位，而不是袋捕获波浪能。
然后，膜转换器的发展出现停滞，直到在Turner的US2011-0185721和Bellamy等人的US2011-0162357中透露的发展在2008年进一步阐述了该原理。Turner文献主要侧重于具有用于膜的“S”形安装边缘的圆形转换器以及膜的其他设计特征(尺寸、厚度、硬度、加强等)。Bellamy等人还提出了一种圆形转换器(或‘无穷脊柱’)，但是引入了膜和振动水柱组合到一个转换器。目的是通过与波能量的垂荡(垂直)和浪涌(水平)分量接合来提高转换器的效率和‘带宽’(即与波耦合)。Bellamy等人还回复到Lesster、French以及一定程度上Semo的止回阀、单向气流(闭环回路)特征。
Winsloe的US7554216和Rasmussen的WO2007/057013均公开了一种具有多个单元的振荡水柱(OWC)和一种闭路气流系统，其通过使用单向阀送入高压歧管到涡轮发电机上，并且经由低压歧管返回。这两种转换器是浮动的OWC转换器，并且完全暴露至恶劣的波浪条件。
可替代地，本发明所期望的是提供一种波能量转换器(WEC)，其比上述已知的转换器能够更好地利用现有的波能量。
由于采用上述想法，本发明所期望的是通过优选地提供能够更好地承受风暴的子海波能量转换器来克服这种转换器的困难。
可替代地，本发明所期望的是提供一种与已知的波能量转换器相比具有改善的操作效率的波能量转换器。
发明内容
鉴于以上考虑，本发明的一个方面提供了一种波能量转换器(WEC)，包括主体和至少一个柔性膜，限制至少一部分的流体体积，所述至少一个膜的主要部分从垂直倾斜，为波能量提供流动平滑路径以在WEC上行进，同时使所述至少一个膜朝向所述主体变形来压缩流体，所述至少一个膜的倾斜有助于将波的势能和动能转化为流体内的压力。
本发明的另一方面提供了一种波能量转换器(WEC)，包括主体部分和至少一个柔性膜，为加压流体形成至少一部分的至少一个单元体积，所述至少一个膜从下部倾斜到上部，允许在WEC上撞击的波流过所述至少一个膜，以及来自波的浪涌和升沉的力使所述至少一个膜朝向所述主体变形来压缩所述至少一个体积中的流体。
根据本发明的WEC来自流过所述WEC的膜的波的能量转换成WEC中流体的一个或多个体积的压力(能量)，然后能够被用作有用的能量。具有倾斜膜的WEC与波有效地耦合。
流动平滑可以为WEC上的波或波能量提供引导。
优选地，对于通过WEC的垂直截面来说，所述膜的横截面的长度与限制所述单元或体积的主体或面的表面的横截面的长度大致相同。这允许膜在所述膜充分变形或被压缩到主体或面时叠加到所述主体表面或面上。
所述WEC可以包括至少一个端口，优选地设置位于或邻近相应单元的上后方部。当波压力高于单元体积内的流体的压力时，对着所述膜撞击导致所述膜变形，加压的流体经由位于或邻近相应单元的上后方部的至少一个端口被压出所述单元。
所述主体可以包括至少一个面，其分别相对着所述至少一个柔性膜中的一个或多个，使得相应的柔性膜发生变形或通过朝向相应相对面的外部波的力而发生变形。
所述至少一个柔性膜可以朝向主体从下前部逐渐变形至上后部。
本发明的另一方面提供了一种波能量转换器(WEC)，其包括主体部分和至少一个单元，每个所述单元由柔性膜和相对面至少部分地限定，相应的柔性膜和面为单元内的加压流体提供体积，柔性膜可以通过来自膜上的波的外部力朝向面变形，从而经由至少一个端口迫使流体流出单元，其中，波压力高于单元体积内的流体的压力，对着相应弹性膜撞击导致所述膜朝向面变形。
本发明的另一方面提供了一种波能量转换器(WEC)，其包括主体部分和至少一个单元，每个所述单元由柔性膜和相对面至少部分地限定，其中，对于穿过单元的垂直平面来说，由该平面切断的膜的曲线的长度与由同一平面切断的曲线的长度大致相同。
本发明的另一方面提供了一种波能量转换器(WEC)，其包括至少一个单元，该单元包括主体部分和柔性膜，所述膜和主体部分为单元内的加压流体提供体积，柔性膜可以在对着所述膜撞击的波压力高于所述单元内的流体的压力时朝向主体变形，从而通过至少一个端口迫使流体流出所述单元，柔性膜可以在对着所述膜撞击的波压力低于所述单元内的流体的压力时变形远离主体，从而通过至少一个端口迫使流体进入所述单元，所述主体部分和或膜以平滑的流线型方式成形。
在本说明书中关于本发明所使用的术语波能量转换器(WEC)包含单个单元波能量转换装置、多单元波能量转换装置、单个和多单元波能量转换装置的组合，以及这种波能量转换装置适用于并入其他组件的能量转换系统，比如发电设备、涡轮机、泵、脱盐系统和控制阀。
本发明的至少一个实施例提供了一种波能量转换器(WEC)，其在使用中将在一种流体(通常为水)的波中的能量波动转换到在另一种流体(通常为空气)中的能量波动，并且随后到动力输出转换器比如涡轮上以及到发电机上，优选的是用于产生电力。
所述波能量转换器可以包括一个所述单元或多个。多个这样的单元可以刚性地连接到彼此或形成在单个部件中，以形成转换器作为多单元部件。所述单元可以以线性阵列布置来形成单一的WEC。多个这样的阵列可以配置成多WEC，以形成组合转换器，比如具有两个或更多个线性阵列的WEC。一个或多个密封件可以在将多个分立的WEC连接在一起时设置在相邻WEC单元的供给/返回管道之间的接合中，以形成大的多单元WEC，比如具有铸造的多单元主体。
所述膜可以是单层材料，或者可以是多层的或层压的，并且可以得到增强或者合并加固。
优选地，所述膜是无孔膜。所述膜的作用是分离两种流体(承载波动作的外部流体和单元内的内部流体)，以将能量从外部流体传送到内部流体。在所述膜的一侧上的压力比其它更高时这种情况发生，并且提供了非常具有成本效益、低惯性和响应的方式来从波中提取能量并且将其发送。
所述转换器可以包括多个相邻的单元，每个单元具有自己的膜。
所述转换器被布置且配置成对于波的“滚动”是和谐的，并且随着波通过整个转换器从波能量的垂直(升沉)和水平(浪涌)分量中逐步提取能量。
所述转换器可以优选地在其自身重量下锚定或者以其它方式附接到海床。例如，转换器可以被浇筑到海床或者可以连接到抬起的支撑、连接到海底的平台或地基，或者可以通过土工织物袋或填充(例如填充砂)的内部空隙是自重的。波能量转换器可以从海底上升，以使转换器的操作适应当时的天气和位置条件。例如，如果海底特别不平或者有岩石，那么优选的是抬升转换器脱离海底，以避免需要挖掘大量的岩石。另外，如果海洋栖息地很敏感，则从海底抬升转换器可以避免干扰海洋栖息地、植物和动物，以及积极在转换器下方创建避风港栖息地。
本发明的WEC可以优选地位于低于平均静止水面，优选的是在水的2.5至15米的海底上。
本发明的WEC优选的是为近岸边浸没的、气动、衰减型WEC，但还可以适用于离岸浸没的或半浸没的深水应用或适于防波堤。
根据本发明的至少一个实施例，每个单元可以配置成刻意具有波浪运动的滚动作用，并且使得波能量能够与转换器顺利进行交互并且在其上滚动，而转换器从波中提取能量。波能量转换器可以具有流线型前面，很像机翼，其与撞击波顺利地相互作用，优选地减慢它，并传输部分的浪涌运动(即朝向转换器的流动)，随着波接近或在高处传递升沉(即转换器上方的流动)增加对膜的压力。对膜的压力可以由随着波接近波能量转换器引领波运动的动态压力前面提供。由于波中粒子的动能和势能，动态压力可被理解为是压力的组合。因此，浸没时总有对膜的一些水压力，并且该压力是动态的，即随着波中的动能和势能的变化而变化。
所述转换器的后部可以包括弯曲的或圆形的部分(例如弯曲的或圆形的背面或上托臂部)。这有助于控制水在转换器上的回流，加剧反向起伏和浪涌效果，以随着水颗粒在波谷时以它们的振荡运动返回来在膜的上方创建更高的速度和更低的压力。这允许转换器随着水来回通过高处以平滑推拉泵送的作用起作用，以增加从波中提取能量，同时减少对波运动的干扰、损失或摩擦，尽量减少作用在装置上的不必要的力。
实际上，本发明的WEC以流动平滑或流线的方式(有点像机翼)起作用，以与波运动顺利地进行交互并且允许其在WEC上被引导，同时随着波浪首先撞击在膜上并且在转换器上推进通过将浪涌转换成升沉尽量增大能量提取。然后随着波谷越过转换器，波流动有助于准备下一次波动作的膜的返回。随着波谷前进到越过WEC，与在其峰值处的波所造成的较高的外部压力相比较，减小的外部压力被施加到所述膜。与波谷相关联的这一较低的压力比平均波压力更低，使得外部压力低于单元内的压力，从而使膜再膨胀用于下一次波。
每个单元的每个膜还可以以对波浪运动和谐的流线型方式配置。用于是柔性的，所以膜可以重新对来自波的压力起作用或者引领波，因此随着波浪运动接近、在其上运动、对着其运动以及围绕其运动而变形，从波中提取尽量多的能量给单元内的流体，而尽量减小对波浪运动不必要的干扰、损失或摩擦。
通过尽量减少对波浪运动的不必要的干扰、损失或摩擦的水平，转换器尽量减少作用在转换器上的不必要的力，并且降低所需的结构和地基强度，特别是在不利的气候条件下。通过将波能量转换器浸没在水面以下，波对波能量转换器的砰击力得以减小，从而允许结构和地基强度相应地降低。这在恶劣的天气条件下特别有利。
这些特征的结合创造了高效、低惯量、及时性和具有成本效益的波能量转换器。
正如上面所述，每个单元可以形成单独部件的一部分，或者可以是包含多个所述单元的更大结构的子部分。
本发明的一个或多个形式可以配置成V或V形格式。优选地，V或V形的每个'肢'('臂'/'腿')包括一个或多个所述单元。
优选地，V或V形的顶点可以朝向或面向迎面而来的海浪的方向，即所指向的公开水域海/洋(面向大海)，以及V或V形的肢(臂或腿)延伸远离顶点朝向岸边，使得波首先接近顶点倾斜地朝向V或V形和每个臂/腿，例如以小于90°的角度。
所述V或V形布置可以颠倒，使得顶点朝向岸边并且远离波，使得V的肢突出远离顶点朝向开放水域(指向岸边)。
所述V或V形的夹角可以大致或大约为90°，但可以为10°到180°(180°提供线性阵列)。更优选的是该角度可以是45°到120°。
开放水域(例如海水或海洋)指向的顶点更适合这些位置，通过允许波首先遇到顶点和转换器的“剥离下来”的臂/腿更容易经历显著不良的波事件，然后离开所述臂/腿的端部将多余的波能量转化为清洁的水。
指向岸边的顶点变形集中多余的波能量朝向转换器的中心(顶点)，这在轻海提供了更大的转换效率。
本发明的一个或多个实施例可以配置成开放的曲线或圆弧，其定向成或朝向海洋，开口侧朝向岸边(凸)，或开口侧朝向开放水域(凹)。
这些组合特性导致波能量集中转换器的腿并沿其滚动。
本发明的一个或多个实施例可以配置成单个脊柱布置。例如，该转换器包括纵向阵列的单元，使得每个单元彼此相邻来接收撞击波。优选地，所述脊柱具有与波的方向成一定角度的轴线，优选的是在10°和80°之间，更优选的是在30°和60°之间。
本发明的一个或多个实施例可以配置为半浸没的选择(即浮栓但不直接安装到海底上)，优选的是以圆形或环形的配置来接受通常与深水位置相关联的全向波谱。因此，如果波可能随时间从各个方向撞击在转换器上，则圆形或环形布置被认为是有益的，以便最大限度地增大平均波浪作用，而不是转换器为线性且因此更多的方向。这样的实施例可以配置成围绕海/海洋中的另一结构，或者为另一结构比如风力涡轮机、石油或天然气钻井平台或航道航标提供支撑。WEC可以形成为四边形，即接合在一起的两个V形或四个线性阵列。其他形状被认为落入本发明的范围之内，比如六边形，即三个V形布置或六个线性阵列，或它们的组合。本发明的实施例可以包括多侧WEC。这样的多侧WEC可以具有奇数个或偶数个侧面。所有或一些侧部可以包括一个或多个WEC阵列或单元。例如，WEC可以是6、8、10、12个侧面的，这些侧面中的一些或所有合并单元或单元阵列。所述单元可以在WEC的一个或两个面上(即朝向和背离现行波的波)。
本发明的WEC的位置和定向的选择是安装位置与波资源特性的函数(通常是由于盛行风、水深度、相比平均水表面水平的海底角度和潮汐条件)。在所有配置中，希望能够使波与转换器顺利地进行交互。
所述膜可以连接到转换器的主体。该主体还可以形成或包括面，膜在不膨胀时优选地坐落于对着该面。例如，所述主体可以由一个或多个浇铸或模制的部分比如混凝土或塑料形成或者由钢制成。所述面可以由所述主体的弯曲部形成，优选地由铸造或模制为主体的一部分而一体形成)，或者可以是连接到主体的成形的刚性或半刚性的面衬套，以形成所希望的轮廓。
相应膜的一个或多个端部，特别是在具有单个或多个单元或室的阵列结构中，可以形成半圆形的圆弧或脊柱，即或进或出具有倾斜平面的平面，膜具有圆顶状的形状，这或将利用弹性性能和伸展或在几何成形为使得弹性应变/应力减小。
所述膜可以连接到邻近于转换器的主体的上部和下部的主体。当单元包含足以克服外部压力(比如来自转换器可以被浸没在其中的水)和使膜“膨胀”的加压流体(例如加压空气)时，所述膜向外弯曲朝着外部流体(例如海水)。每个单元膜的正面曲线或“面”可以优选地采取整体流线型的形状，比如在剖视图或截面图中的凹形或“悬链”形状或几乎悬链形状、圆顶的倒悬链、“S”形或类似的形状。静水压力可能会使这一形状发生变化，即除了作用于膜上的张力和重力。因此，所述膜可能不完全是顺利凹的。
这种悬链的可视弦可以以与水平成一定的角度(弦角)倾斜，例如在0°和90°之间，更优选的是在20°和60°之间，并且更优选的是30°+/-15°。
本发明的WEC的防波堤安装可能具有较短脚长度(足迹长度)和更大弦角，优选的是对于弦长比的较大悬链。
如果底部被安装，则本发明的WEC的深水安装可以具有较长的脚长(较长足迹)、较小的弦角，趋于平坦，以及对于弦长比的较小悬链。
当单元内的体积被加压到足以克服外部压力(例如来自浸没的静水压力)时，膜转变到其最大膨胀状态，这创建凸曲面(以圆顶的倒悬链、'S'形或类似的形状)，所述曲线的弦以与单元的主体的面相同的对水平成30度左右的角度倾斜。当所述膜符合形成到主体结构中或其上的单元的面轮廓或任何光滑凹处时，在波涛汹涌的海域的情况下不会被波浪作用受损，由此单元可以被放气，并且所述膜通过被“按压”到并符合相应的面而得到保护。
每个转换器，无论是否具有一个或多个单元，比如转换器的每个肢(臂/腿)(以及作为整体的单元组)，可以枢转，从而允许所述弦角相对于迎面而来的波改变，根据该强度(波高和浪涌等)和波的方向允许装置的最优化。
根据相对的内部和外部流体压力和此时的波的运动，随着波压力首先按压膜的正向下部，所述膜可以形成细长S的中间轮廓(在侧剖面观察时)。这可能在相对于单元体的单元膜的上下膜连接点之间。
所述膜的有效宽度(横向长度)优选地匹配单元面或壁的有效宽度(横向长度)。这提供了膜和固定装置，允许该膜以符合单元面并且避免在膜中诱导不必要的应力。
在操作中，一旦单元的体积被完全扫过或膜被完全放气，则所述膜平放在单元面或壁或凹处上，而没有任何诱导的应力、挤压或折叠。这使得转换器能够在完全放气的状态下生存于极端波情况，而不会在膜中诱导应力。
来自于每个单元的流体比如空气或：
i)通过用于每个单元的一组单向阀进入到(高压)歧管，结合来自所有单元的空气并且到多个单向涡轮中的一个上(并且随后驱动一个或多个发电机)。空气经由第二(低压)歧管和第二组单向阀行进至相同或其他单元，或
ii)通过其中具有双向涡轮的管道至共同的储存器(或歧管)，一旦单元中的压力下降到储存器中的压力以下，从储存器再填充单元。
将来自单元的空气发送到单向阀(或双向涡轮)的每个单元的至少一个端口的位置使得该单元能够在放气冲程上最大化扫过其体积并且顺利地再膨胀，而没有静摩擦(静摩擦，从而所述单元膜会粘在单元的相对面，并且不允许流体(例如空气)进入单元来使其再膨胀)。
所述阀可以形成主体的面的一部分。例如，主体上的面可以包括插入或安装在其中的阀装置。架或盖可以设置在阀装置上，优选的是提供所述面的一部分。
这可以通过定位与转换器的主体一体的每个单元的至少一个端口来实现。所述至少一个端口可以被铸造到主体内。
每个单元的至少一个端口最好包括入口和出口。可替代地，单一的端口可以与止回阀连通，通过一个端口控制从所述单元的输出空气流动和进入该单元的返回流入。
优选地，供给口或止回阀(高压)和返回口或止回阀(低压)中的一个或二者定位成邻近正好在抑制边缘的上膜下方的单元面或凹处的上限。
所述转换器优选地配置成使得每个臂/腿在波的方向上的纵向范围等于在特定位置的占优势能量波的平均波长。这种布置考虑的是腿与波成一定的角度，因为优选的V或V形形成。这通常导致每个腿优选为40米至80米长。然而，其他长度是设想的并且将被指定，这取决于对于给定位置的波的当时波长。这种配置允许来自单元的空气流动在“源与汇”模式下工作。因此，一个单元在波的峰值(最大压力)下，经由所述至少一个端口从单元泵送空气，另一单元在波的低谷(或最小压力)下，接受经由所述至少一个端口从储存器或低压歧管返回的空气。
所述转换器优选地布置成与单元水平地成直线，所以在单元上存在平均的空气压力。
优选地，各单元中的平均压力可以由压力控制系统升高或降低。例如，气动系统可被设置成保持最佳的单元压力，随着与潮汐或其他长期影响和根据对于盛行或当前的海况的最佳的条件的水深度变化。
根据本发明的一种或多种优选的实施例，一个或多个涡轮机(以及由相应涡轮机驱动的一个或多个发电机)可以由来自高压歧管供给并排出至低压歧管的单元的空气流驱动。涡轮机和发电机可以安装成邻近或位于V或V形的顶点，以便来自每个臂/腿的气流流被组合。可替代地，独立的涡轮发电机组合可以被安装成朝向或或位于每个腿/臂的端部或在沿着所述腿/臂长度的任何位置。
发电机上的负载(或电力输出)或者涡轮机的性能可以根据实际的或预测的或预期的波高、形状和周期信息而改变，使得涡轮机的压差和流动可以得到控制或者被优化，并且所得的涡轮机速度被优化成最大限度地产生电能。
本发明实施例的优选的流线型设计和/或所述膜或单元面的悬链形式或相应轮廓还可以适应于传统的振荡水柱转换器，以将它们转换成膜转换器，消除载有盐的空气经过涡轮。
所述转换器还可以用于生产加压的第三流体(通常是用于储存的水或海水-脱盐)，通过交换发电机用于至少一个泵。
虽然根据本发明的各个上述实施例和形式的波能量转换器在本说明书中被限定为包括用于波能量转换的系统，但是为了避免疑义，本发明的另一方面提供了一种包括文中所描述的本发明的一个或多个实施例的一个或多个波能量转换器的波能量转换系统。
彼此接触的所述单元内的膜的背面或表面和/或所述单元的主体的相应面或表面在所述单元放气时可以是非平滑的。表面可能有波动或不平整，和/或压花或凸起的图案，以在再填充单元的过程中帮助减轻静摩擦。
所述WEC的后部可包括凹的、凸的、多弯曲的或直的倾斜后面(如楔形形状)。可以选择特定的布置以适应当时的波和位置条件(如水深和盛行风强度)。
对于所述WEC或WEC主体的凹的或直的后部可以帮助在WEC后部减少涡流，这可能有助于减少在后部的海床/海底的冲刷。可替代地或者另外，后部可以包括具有相应至少一个膜的一个或多个单元，以从返回波提取能量，例如从陆地、沙滩、悬崖或岬角或者从人造结构比如防波堤或海港墙返回。因此，就单元来说，所述WEC可以是双面的，以便该装置从迎面而来的波和返回波中提取波能量。
所述膜可以通过花键或珠和夹紧装置连接到主体。花键或珠可以是横截面为圆形或椭圆形。例如，所述膜的材料可以在花键上折叠，或者可以具有其中插入有花键的下摆或套筒。所述膜的花键边缘然后被夹紧，比如通过将花键边缘放入通道或凹槽并施加紧固件来将花键边缘夹入通道或凹槽。或者，所述膜可以通过围绕所述膜的外周的至少一部分的夹持环被密封到主体。或者，所述膜可以被密封到支撑件，然后安装到主体。因此，所述膜和支撑件可以被提供作为分立部件。
所述膜端部和/或连接比如弧形、半圆形、曲线和花键可以在主顶部和底部连接之间相切和/或与它们相切。这避免了用于连接到所述主体的膜的顶侧和底侧的尖角或邻接。
本发明的另一方面提供了一种控制或优化波能量转换器(WEC)的至少一个单元中或者WEC系统内的流体压力的方法，所述方法包括增加或减少所述系统的至少一个单元内的和/或低压或高压导管内的和/或至少一个歧管内的流体压力。
优选地，流体压力相对于至少一个参考压力值被增加或减少。所述或每个参考压力值可以是在系统的所述或每个相应所述单元内和/或所述低和/或高压导管和/或歧管内所确定的流体压力的平均。
所述平均压力可以至少部分地由在特定的时间(同时平均压力)或随时间(时间平均)在一个或多个单元上平均单元内的或许多单元上的各种压力被确定。
优选地，所述方法包括控制或优化所述单元内的压力，以保持最佳的单元压力作为随潮汐或其他长期影响的水深度变化的函数，优选的是取决于盛行或当前海况的最佳条件。因此，所述单元内的流体压力可以随着该单元上方的有效水深度的增加而增加，以平衡来自水的上升的外部压力，并且随着水深度降低，所述单元内的压力可以降低，以平衡来自水的降低的压力。这样，来自所述单元和/或系统的性能和输出可被优化为对系统所需的输出或需求。
此外，在海况的实际或预测恶化的情况下，可以减少所述单元内的流体压力，以防止损坏所述膜。如果需要的话，压力减少可以降低到零或大气压力，使得所述膜通过水压被推平，并且不起作用直到所述单元内部加压到使所述单元再膨胀。
附图说明
下面参照附图，对本发明的实施例进行说明，其中：
图1a至1k按顺序示出了在用于根据本发明实施例的WEC的完整波序列上对于完全扫过单元体积的在膜上的波动作。
图1m至1w按顺序示出了在用于根据本发明实施例的WEC的完整波序列上对于完全扫过单元体积的在膜上的波动作，并且示出了波流线的示意。
图1l和1x示出了根据本发明实施例的WEC，其中膜完全放气。
图2a至2k按顺序示出了在用于根据本发明实施例的WEC的完整波序列上对于半扫过单元体积的在膜上的波动作。
图2l示出了根据本发明实施例的WEC，其中膜完全放气。
图3和4示出了根据本发明实施例的波能量转换器(WEC)的替代安装布置。
图5示出了通过WEC的横截面，具有根据本发明实施例的单个曲率半径单元面。
图6a至6d示出了用于根据本发明替代实施例的双曲率半径单元面的各种布置。
图7a至7c示出了用于根据本发明替代实施例的三曲率半径单元面的各种布置。
图8a至8d示出了根据本发明替代实施例的对于迎面而来的波具有不同弦角对准的WEC的替代布置。
图9a至9d示出了根据本发明实施例的替代系泊/锚定布置。
图10a至10c示出了根据本发明实施例的通过替代形式WEC的截面。
图11a至11d示出了根据本发明实施例的通过替代形式WEC的截面，并且包括至少一个阀或节流选项。
图12a和12b示出了用于根据本发明实施例的WEC的替代阀或节流选项和邻近根据本发明实施例的单元的紧密耦合的涡轮。
图13a和13b示出了根据本发明实施例的多单元WEC和膜位置。
图14a至14c示出了根据本发明实施例的WEC的单个单元纵向边沿形式。
图15a至15c示出了根据本发明实施例的具有集成柔性分隔壁的WEC的多单元纵向边沿形式。
图16a至16c示出了根据本发明实施例的具有隔膜单元分隔的WEC的多单元纵向边沿形式。
图17a至17c示出了根据本发明实施例的具有在相邻的分立单元之间的固定分隔壁的WEC的多单元纵向边沿形式并且与图13a和13b一致。
图18示出了根据本发明实施例的示出阀布置的WEC的截面。
图19示出了根据本发明实施例的形成相结合的WEC装置的多单元的两个线性阵列或边沿的V或V形结构。
图20是根据本发明实施例的形成相结合的WEC装置的多单元的两个线性阵列或边沿的V或V形结构的透视图。
图21至23示出了根据本发明实施例的关于撞击波的单元膜位移序列。
图24至26示出了根据本发明实施例的用于近岸应用的WEC的线性阵列或边沿结构的各种布置。
图27至29示出了对应于图24至26所示的相应布置的各种线性阵列或边沿形式。
图30和31示出了根据本发明实施例的WEC的深水应用，其中图30s和31s示出了相应的横截面。
图30a、30b、30c和30d示出了根据本发明实施例的WEC的替代深水应用。图30a示出了安装在浮动WEC上的风力涡轮机。图30b示出了海床/海底安装浸没情况，其中风力涡轮机塔架向上凸出。图30c和30d示出了根据本发明另一实施例的WEC和风力涡轮机的组合的替代实施例。
图32至34示出了根据本发明实施例的WEC的防波堤和振荡水柱(OWC)的应用。
图35和36示出了图32和33的防波堤WEC的替代实施例。
图37示出了根据本发明实施例的并入WEC的围堰型防波堤应用。
图38至42示出了根据本发明实施例的WEC的替代形式。
图43至46示出了根据本发明实施例的用于通过将波能量转换成所利用能量的一个或多个涡轮机来控制二次流体从WEC的一个或多个单元的流动的系统的过程、管道和仪器操作的各种布置。
具体实施方式
图1a至1k示出了在海床或海底12上的波能量转换器(WEC)10，在其自身重量下搁置于海底。按顺序示出了用于根据本发明实施例的WEC的在完整波序列上波14对WEC的柔性膜16的动作。波具有波峰14a和波谷14b。WEC具有带有一体面20的主体18。要理解的是，该面可单独地适用于主体，诸如离散面构件。面构件和膜可以在安装到主体之前被预先附连到每个。或者，所述膜可以通过其它连接装置而连接到所述主体。该膜和面相对于所述外部波被密封成不漏水，使得它们在其之间限定可变体积单元22。该单元的体积由WEC内的流体的加压供给增加，足以在波谷14b以波形式抵抗波的压力，从而使膜膨胀并处于张力下。随着波峰14a接近并越过WEC(图1a至1f)，波内的浪涌和升沉压力增加，并且该膜被压缩朝向面，通常是从较低的前部，使得单元体积被压缩，并且单元内的流体被向上挤压，相对于单元的向后和向上倾斜逐渐向后和向上前进。
图1m至1w示出了如图1a至1k所示的WEC 10的相同操作，虽然包括波流线。这些波流线表示波在WEC 10上的总体流动和运动。应该理解的是，膜16在波14的峰14a在WEC 10的正上方之前开始变形。这是由于随着波峰14a接近WEC引领波的压力前面。
应当理解的是，本实施例中的单元是倾斜的或者与其上部的下部前方向后倾斜，使得下部首先遇到波的力，波压力从而向后迫使单元体积从下部朝向上部收缩。
还应当理解的是，由于波中能量的流体性质和膜的柔性性质，膜可以不被均匀有序地压缩，但其中的体积仍然会被通常从下部压缩到上部。面20通常与膜具有相同的长度和宽度，长度、曲率或形状大致匹配，但是当该膜处于完全膨胀的状态(见图1a)时与所述膜的长度、曲率或形状相反。当膜被完全压缩到面时，如在图1f中，膜平放在面上。随着波继续越过WEC(见图1g到1k)并且压力在膜上减小(即波14a的峰已经过去)，返回压力重新使膜膨胀，从上后方部进展下降到下前方部准备下一次波浪。
图1l和1x示出了膜完全缩回或压回至面上。这使得该膜在否则可能过压单元或造成膜损坏或甚至有可能是WEC从其锚固转移的粗糙海况、潮汐浪涌或大波浪的情况下保持安全。此功能允许WEC在WEC组件故障的情况下从波源被断电，以防止进一步损坏故障组件或相关部件。此功能允许WEC被断电，以使得能够安全地进行维护活动。
图2a至2k按顺序示出了在用于根据本发明实施例的WEC的完整波序列上对于半扫过单元体积(c/w图1a到1k和1m至1w)的在膜上的波动作。
图3和4示出了因此根据本发明实施例的WEC 10和一些替代的安装和配置布置。WEC 10具有主体18。单元体积22由膜16和单元面20形成。WEC形成大致楔形的形状或流线型机翼形状。在横截面中，WEC在高度上相对于撞击波在方向W上在前面24比在后面26更低。
在图3中，WEC锚定在砂或混凝土28中至海床12。WEC具有供给(出口)30和返回32导管，分别由与单元体积22连通的相应供给(出口)34和返回(入口)36端口连接。
阀门可被提供用于控制相对于该单元的流入供给管和流出返回管。单个端口可以设置有来自单元的流体流动至供给管并且从返回管返回进入单元。可以提供一对单向阀。可选择地，双向涡轮可被提供以在两个方向上利用流体流动。在此配置中，WEC的背面38和上后部托臂40有助于控制返回波RW流回过WEC。应该理解的是，膜16完全膨胀时的曲线和面20的曲线可以共享共同的长度42，使得膜在完全放气时舒适地位于面上。
图4示出的WEC 10安装在桥墩42上，从海底地形条件抬升WEC，使得该装置被拉平并且更接近平均静止水位。桥墩帮助WEC坐落在水中正确的深度，以满足有关水深和总体海浪情况的来自WEC的所要求的规格和性能标准。
图5示出的横截面通过本发明的具有单一曲率半径单元面20的WEC10。弦42对于膜16和20面是公共的，使得该膜可以在完全放气或压回至该面上时平靠着该面。因此，每个部分16a、16b、20a、20b长度大致相同。
图6a至6d示出了用于根据本发明替代实施例的双曲率半径单元面20的各种布置。该单元面具有第一弯曲部分44和第二弯曲部分46。该膜具有的截面长度相当于所组合的第一和第二弯曲部分的长度。
图7a至7c示出了用于根据本发明替代实施例的三曲率半径44、46、48单元面20的各种布置。
图8a至8d示出了根据本发明替代实施例的相对于迎面而来的波W具有不同弦角42对准(90°、45°、30°和0°)的WEC的替代布置。应该理解的是，还其可以使用他角度对准，其可以根据所采用的WEC的类型和当时位置(方向、水深等)和波浪条件来选择。
图9a至9d示出了根据本发明的WEC 10的实施例的替代系泊/锚定布置。
图9a示出了海床锚50版本，例如，使用混凝土、砂、土工袋或岩石，或它们的组合。图9b示出了基础或桩52安装的版本。
图9c示出了基础或桩安装的版本，从而WEC枢轴连接54到桩/基础朝向WEC的前面。这使得WEC向前铰链，以通过改变角度β来使WEC向前倾斜来适应当前波条件的变化。可变压载可用于控制WEC绕枢轴54的上升或下降。该压载可以是水，比如通过WEC抽入或抽出腔室或管道的海水。
图9d中所示的另一版本具有系绳系泊，使用系绳58在一端连接到系绳点60以及在另一端系泊62。在这样的布置中，WEC可被稳定以便在水内有浮力，优选的是在优选深度的中性浮力。这可以通过控制可变压载56来实现。
图10a至10c示出了根据本发明实施例的通过替代形式WEC的截面。图10a示出了凸状弯曲的后部版本，图10b示出了倾斜的后部版本，图10c是凹形或托臂版本，图10d是凸版本。不同版本的后部用于不同的波形和位置要求。各种后部选项用来修改返回波流动，从而对于给定的应用和位置来说可以用来最大化WEC效率。
图11a至11d示出了根据本发明实施例的通过替代形式WEC的截面，并且包括至少一个阀选项。
图11a示出了双或两个端口或管道。提供了出口或供给导管64和入口或返回导管66。单元体积22经由一个或多个端口与导管连通至/自单元体积和阀68。图11b所示的阀具有备用的单向阀70、72。最上面的阀70将流体从单元体积供给到供给导管70。下部阀72将流体从返回导管返回到单元体积。截面A-A和B-B分别在图11c和11d中示出。它们示出了从单元的出口端口74和至单元体积的入口端口76。
图12a和12b示出了用于根据本发明实施例的WEC的替代阀选项。双向涡轮80设置在单个端口82中。
图12b示出了进入端口以及从单元体积的涡轮的视图。
图13a和13b示出了根据本发明实施例的多单元WEC和膜位置。边沿或阵列WEC单元被设置为单个单元。单个主体18容纳多个单元。应该理解的是，每个单元可以形成或铸造在单个主体中，或离散的单元主体部分可以形成然后连接在一起，以形成单个主体。供给和返回导管64、66可以集成到主体部分，或者可以以管的形式在单独的导管中在WEC的外部运行。
图13b示出了图13a的截面A-A的一部分，左手膜部分地压缩，中间膜完全膨胀，右手膜完全放气。
图14a至14c示出了根据本发明实施例的WEC的单个单元纵向边沿形式。单个单元显然没有分隔壁。
图15a至15c示出了根据本发明实施例的具有集成柔性分隔壁84的WEC的多单元纵向边沿形式。各单元之间的分隔壁在相邻单元之间共享，即每相邻对单元之间有一个单元壁。
图16a至16c示出了根据本发明实施例的具有隔膜单元分隔的WEC的多单元纵向边沿形式。因此，每个单元是具有其自己的壁和膜的离散物。图17a至17c示出了根据本发明实施例的具有在相邻的分立单元之间的固定优选刚性的分隔壁的WEC的多单元纵向边沿形式。
图18示出了根据本发明实施例的通过表示端口和阀布置的WEC的截面。WEC 10包括主体部分18，具有整体的导管64、66，分别用于流体的供给和返回流动。来自单元体积22的流动通过出口端口74通过阀68进入供给导管64。返回流动从返回导管66经由阀68进入单元体积22。阀包括单独的出口阀和返回单向阀。阀可被提供为可更换的盒组件。优选地，可以通过移除在WEC 10后部的入口盖来接近阀，优选的是与阀68的轴线成直线。阀68被释放，然后向后上方抽出。更换阀随后以向下向前的运动被插入，然后锁定就位且入口盖复原。面和/或膜可以以足以允许WEC的有效操作具有最小漏入或流出导管的水密或接近水密的方式密封到主体。
WEC 10的楔形轮廓鼓励波近似向上倾斜至WEC，然后以干扰最小地越过WEC，同时最大限度地提高波浪涌来波起伏转换，从而随着膜压缩最大限度地提供波能量转换。
图19示出了根据本发明实施例的形成相结合的WEC装置的多单元的两个线性阵列或边沿的V或V形结构。WEC的两肢(臂/腿)10a、10b之间的夹角γ可以被设置为期望的值，使得所述臂/腿相对彼此成一定角度，以适应当时的位置和波需求。该角度可以是可变的，比如由双肢之间的动力或手动调节。发电和/或泵送设备和/或角度调节设备可以设置在两肢之间的接合处90。
图20是根据本发明实施例的形成相结合的WEC装置的多单元的两个线性阵列或边沿的V或V形结构的透视图。
图21至22示出了根据本发明实施例的关于撞击波的单元膜位移序列。每幅图的上面图形A代表波高和压力。每幅图的下面图形B表示每个单元的单元垂直位移。每个图还示出了对于整个WEC肢10a的每个序列的实际单元膜位移的图案的示意。
图24至26示出了根据本发明实施例的用于近岸应用的WEC的线性阵列或边沿结构的各种布置。
图24示出了近岸海洋面向顶点，所述肢指向海岸。图25示出了近岸边，岸边面向顶点，WEC的肢指向开放水域。
图26示出了WEC靠近海岸的单肢或脊柱版本。
图27至29示出了对应于图24至26所示的相应布置的各种线性阵列或边沿形式。
图30和31示出了根据本发明实施例的WEC 10的深水应用。在图30中，WEC 10的单元22的环形阵列90允许从任何方向有效转化波能量。因此，用于在一段时间内的不同波方向上的经过一段时间的波能量转换可被平均。图30的截面A-A(图30s-对于截面“s”)示出了各单元的总体配置的剖面图。
图31示出了WEC的深水版本的替代实施例，一些单元在开口内部通过环形，其他单元在外部至开口。截面B-B(图31s-对于截面“s”)示出了各单元的总体配置的剖面图。
图30和31的WEC实施例首先从撞击在环形的一侧上的波提取能量，也随着其穿过环形并撞击在环形的内表面上从波中提取能量。这种深水应用可以是浮栓应用，或在波浪的表面上或波表面下方的中性浮力，或者刚性地安装在吊架、离岸风力涡轮机塔架、石油或天然气钻井平台或其它类似的海洋或深海装置上。
图30a和30b示出了根据本发明实施例的WEC的替代深水应用。图30a示出了风力涡轮机114，其集成有类似于图30所示的浮动WEC，尽管具有用于风力涡轮机114的桅杆112的中心(十字形)支撑件110。用于风力涡轮机114或其他装置的其它形式的支撑件可以被提供，比如中央单桅杆、固体或网状平台或框架。WEC拴116到海底，从而使WEC浮动，但不会漂走。由风力涡轮机产生的电力可被用于电气设备供电，比如与WEC有关的泵和控制系统和安全系统。
图30b示出了使海床/海底安装的浸没WEC 120设置有从其向上突出的风力涡轮机桅杆122的另一版本。WEC安装在进入海床/海底126的支撑件124上。WEC可以相对于海床/海底上下移动，以应付水深和海况的变化，这允许WEC对于当时的海洋/天气情况而得到优化，或者在波涛汹涌的海洋/天气条件的情况下降低到海床/海底。十字形支撑件110支撑桅杆，其本身可以由横向支撑件126支撑。
图30c和30d示出了根据本发明实施例的WEC的深水应用。WEC 10被安装到风力涡轮机114a的桅杆112a。特别地，图30d示出了通过风力涡轮机114a的WEC 10和桅杆112a的垂直截面E-E。桅杆被嵌入在海床/海底12中。WEC可绕着桅杆旋转。旋转的控制可以由通过一个或多个系绳192、194而连接到WEC的每个端部的绞盘190来实现。单个连续系绳(连续系绳192+194)可以绕过绞盘滑轮190，或可以设置单独的系绳192、194，每个被控制成有效地延长或缩短以允许WEC旋转。这允许WEC摆动来面对迎面而来的波，以最大限度地波能量转换，或者以一定角度倾斜来控制波对WEC有多大影响，即限制能量转换，这可能在充分面对波浪可以小于完全有效时在强浪条件下特别有用，由于对波谷高度的频率、峰值或来自波的力。为了允许相对于桅杆改变水深和/或波高，WEC可相对于桅杆上下移动。一个或多个导向件比如轨道、导向轮、滚子等198可以设置在桅杆上、在WEC上或在这二者上。这些允许WEC自由上下行进，或者被控制成维持所需的位置或深度。
图32至34示出了根据本发明实施例的WEC的防波堤应用。WEC 10被提供作为定位为靠近岸边的单元的线性阵列或边沿，并且形成延伸出来进入水14的突堤96的边缘。该突堤可以是固体或接近固体的防波堤。
图33示出了通过防波堤和WEC 10的横截面C-C。
如图34所示，可以提供适于苛刻条件的WEC 10。该WEC包括具有相应一个或多个膜16的一个或多个单元22。单一端口98通向双向涡轮100，并且进入上部单供给和返回导管或腔室102。下腔室104可填充有用于额外重量的压载，例如水或混凝土或瓦砾，以防止WEC在波涛汹涌的海面或潮汐浪涌的条件下移动。应该理解的是，单独的供给和返回导管可以设置有相关的单向阀。
如图38至40中的示例所示，波能量转换器10可以具有布置成直接返回水流动142的后壁的替代形式。例如，图38示出了双弯曲的或“S”形的后部130，而图39示出了凹后部132，图40是直形后部134(在参照WEC 10的总体形状时是楔形或“三角”)。当凸弯曲后部在后部相邻海床/海底的基座可能立即导致涡流时，可以采用这些替代形式的后部。来自返回流动142的这种涡流140可能潜在地导致邻近WEC的后部的海底14的侵蚀，如图41所示。
图42给出了带有凸形后部136的WEC的示例，并且升离海底的距离为“d”，以允许一些返回流动在WEC下方通过，从而避免这样的侵蚀涡流。
图43至46示出了用于经由通过一个或多个涡轮的副流体引导转换的波能量的回路的过程及仪表图(P&ID)的替代布置。具体地，图43示出了具有共同歧管148、150和单个(共享)涡轮152的双膜边沿单元144、146。这种布置可用于具有闭环双气动回路(整流流)和耦合到发电机的单个轴流式涡轮机的V边沿配置。
图44示出了双膜边沿单元154、156，但是具有横流歧管158、160，每个都连接到成对涡轮机162、164中相应的一个。这还涉及单元边沿的V配置，具有闭环双气动回路(整流流)和耦合到发电机的双轴流式涡轮机。
图45提供了一种WEC的布置，具有带有横流歧管170、172和双涡轮174、176的单膜边沿单元166、168。此单一边沿布置具有闭环双回路气动回路横流(整流流)以及耦合到发电机的双轴流式涡轮机。
图46示出了具有单个歧管180和双向涡轮182的单一膜边沿单元178。这提供了开环管道(适用于所有配置)。整流涡轮机和发电机安装在膜单元和共同传递歧管之间的端口。每个膜单元的多个涡轮也是可能的。
应当理解的是，所述波能量转换器单元和或系统的性能可以被控制或优化，以适应当时的或预测的海况或匹配性能或需求的所需水平。
在一个或多个单元内的或包括单元的系统内的流体压力可以根据需要增加或减小。例如，系统的低压或高压导管和/或歧管内的流体压力可以变化。
优选地，流体压力相对于至少一个参考压力值增加或减少。可以由系统的单元和/或导管和/或歧管内的一个或多个压力传感器的读数来确定流体压力。这种压力传感器可以将压力相关的信号提供给处理器，以确定所需的压力值，并由此可用作为因子来控制或优化流体压力。
所述或每个参考压力值可以是在系统的所述或每个相应所述单元内和/或所述低和/或高压导管和/或歧管内所确定的流体压力的平均。
所述平均压力可以至少部分地由在特定的时间(同时平均压力)或随时间(时间平均)在一个或多个单元上平均单元内的或许多单元上的各种压力被确定。
优选地，所述方法包括控制或优化所述单元内的压力，以保持最佳的单元压力作为随潮汐或其他长期影响的水深度变化的函数，优选的是取决于盛行或当前海况的最佳条件。因此，所述单元内的流体压力可以随着该单元上方的有效水深度的增加而增加，以平衡来自水的上升的外部压力，并且随着水深度降低，所述单元内的压力可以降低，以平衡来自水的降低的压力。这样，来自所述单元和/或系统的性能和输出可被优化为对系统所需的输出或需求。
此外，在海况的实际或预测恶化的情况下，可以减少所述单元内的流体压力，以防止损坏所述膜。如果需要的话，压力可以降低到零或大气压力，使得所述膜通过水压被推平，并且不起作用直到所述单元内部加压到使所述单元再膨胀。

Claims (21)

1.一种波能量转换器，用于浸没在水体的表面之下使用，该波能量转换器包括至少一个主体和相对于彼此水平地成直线布置的两个单元，每个单元包括柔性膜，每个单元限制至少一部分的流体体积，每个单元的所述柔性膜在使用时被全部浸没到水体中的一定深度之下，每个所述柔性膜的主要部分从垂直倾斜并且从水平倾斜，为波的波能量提供流动平滑路径以在被浸没的所述柔性膜上行进，同时在对应单元外部波压力与该对应单元内部的内压力之间的压力差在波能量通过每个单元时使该柔性膜朝向所述主体变形来压缩所述流体体积，对应柔性膜的主要部分从垂直和水平的倾斜有助于将波的势能和动能耦合转化为每个单元的流体内的压力，并且其中每个单元将压力通过所述每个单元的至少一个供给口供给到压力供给导管或歧管，并且经由返回导管或歧管和至少一个返回口接收返回流。
2.根据权利要求1所述的波能量转换器，其中，所述单元刚性地连接到彼此或者彼此间隔，以形成所述波能量转换器。
3.根据权利要求1所述的波能量转换器，其中，每个单元的柔性膜从水平倾斜20°至60°。
4.根据权利要求1所述的波能量转换器，其中，所述单元的主要部分相对于通过波能量转换器的所述波从水平向上倾斜。
5.根据权利要求1所述的波能量转换器，其中，浸没的波能量转换器包括系泊到海床或连接到该海床的单元，或系泊或连接到海床且从海床隔开的单元，以在波通过波能量转换器时限制所述波能量转换器的竖直运动。
6.根据权利要求1所述的波能量转换器，被提供作为近岸浸没、或离岸深水浸没、气动、衰减型的波能量转换器，其中，所述单元平均浸没在2.5m至15m之间的水深处。
7.根据权利要求1所述的波能量转换器，还包括波能量转换器的后部，其包括外部波流动控制的部分、该部分是直的、弯曲的或圆形的。
8.根据权利要求1所述的波能量转换器，其中，多个所述单元被布置为所述单元的一个或多个线性阵列、曲线形或者圆形阵列。
9.根据权利要求1所述的波能量转换器，其中，在使用中，部署为所述单元的至少一个线性阵列对于到来的波浪倾斜排列，或者部署为所述单元的多个线性阵列或多个曲线形阵列布置在至少一个V形定向中，以朝向或背向到来的波浪的方向或公海，并且所述V形的线性或曲线形阵列从V形的顶点朝向岸边延伸，使得波首先接近顶点以及倾斜地接近所述V形和每个阵列，或者部署为使得所述V形布置的顶点朝向岸边并且远离波，使得所述V形的线性或曲线形阵列突出远离所述顶点朝向开放水域。
10.根据权利要求9所述的波能量转换器，其中，所述V形的夹角在45°与175°之间。
11.根据权利要求10所述的波能量转换器，其中，所述夹角为45°至120°。
12.根据权利要求9所述的波能量转换器，其中，所述阵列布置成使得当所述单元中的一个暴露于更高的波压力，并且通过所述至少一个供给口从该单元将流体泵送出时，所述单元中的另一个暴露于更低的波压力，并且接受经由用于该另一单元的至少一个进入端口从储存器或低压歧管或低压导管返回的流体。
13.根据权利要求1所述的波能量转换器，还包括控制系统，其布置成提高或降低在每个所述单元中和/或在该系统的低压或高压导管和/或歧管内的平均压力。
14.根据权利要求13所述的波能量转换器，其中，所述控制系统包括气动系统，以在随着由于潮汐或其他长期影响并且根据对于盛行或当前海况的最佳条件的水深度变化时保持最佳的单元压力。
15.根据权利要求1所述的波能量转换器，还包括一个或多个低压进入端口、或用于结合来自所述单元的流体流的一个或多个歧管、或由来自每个单元的压力流驱动的一个或多个涡轮机。
16.根据权利要求9所述的波能量转换器，其中，当多个所述单元布置成所述单元的V形的多个阵列时，至少一个涡轮机和/或至少一个发电机安装成邻近或位于所述V形的顶点，并且来自每个阵列的气流流相结合。
17.根据权利要求1所述的波能量转换器，包括在该波能量转换器的每个相对侧上的至少一个所述单元、在相对于所述波的第一侧上以从波中提取能量的至少一个所述单元、以及从同一波和/或从返回的所述波提取能量的至少一个其它所述单元。
18.根据权利要求1所述的波能量转换器，其中，分别在所述波能量转换器的一个或多个端部的膜形成弯曲的。
19.根据权利要求1所述的波能量转换器，其中，分别在所述波能量转换器的一个或多个端部的膜形成半圆形。
20.根据权利要求1所述的波能量转换器，其中，分别在所述波能量转换器的一个或多个端部的膜形成圆弧。
21.根据权利要求1所述的波能量转换器，其中，在该波能量转换器的相应端部的膜在几何上成形为使得弹性应变得到减小。
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