CN104937261A - 用于转换涌浪能量或波浪能量的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于转换涌浪能量和/或波浪能量的系统，所述系统包括水压缩柱(1)的网络，每个柱(1)具有：下方端部(110)，所述下方端部(110)待浸入一定体积的水中，所述下方端部(110)具有开口(111)用于收集柱(1)中的水，从而形成腔体，所述腔体在所述柱(1)的上方部分(120)中包括气体，第一止回阀(4)和第二止回阀(5)，所述第一止回阀(4)从所述柱(1)至所述柱所共享的超压容器(2)流体相通，所述第二止回阀(5)从所述柱所共享的低压容器(3)至所述柱(1)流体相通，其中所述超压容器(2)和所述低压容器(3)通过涡轮机(6)流体连接，并且所述网络的柱(1)毗邻地布置，并且所述网络在至少两个非平行方向上延伸。

Description

用于转换涌浪能量或波浪能量的系统

技术领域

本发明涉及用于转换来自涌浪的能量的系统的技术领域。

背景技术

用于转换来自涌浪的能量的系统是已知的，包括至少一个包含水的柱，水在竖直方向上振荡。

这样的柱通常由腔体组成，所述腔体在下方部分处开口并且部分浸入经受涌浪作用的一定体积的水中。

通过这种方式，涌浪的移动周期性地造成柱的下方部分中的超压。

造成所述超压的柱中水平面的升高运动压缩位于柱的上方部分中的气体(通常为空气)。

经压缩气体通过导管朝向设备(例如空气涡轮发电机)引导从而将来自水的运动的能量转换成例如电能。

柱可以装配有阀系统，当由于涌浪的运动使得该柱中的水平面下降时，所述阀系统允许气体(通常为环境空气)进入柱。

例如这种类型的系统使用双向空气涡轮发电机，所述双向空气涡轮发电机的操作方向根据柱中水的运动而改变。

还已知所述系统的另一种构造，其中气体流动为单向的。

文献GB 2 161 544 A说明了这种构造。

在所述构造中，每个柱在其上方部分中包括第一止回阀和第二止回阀，所述第一止回阀允许经压缩气体朝向空气涡轮发电机循环，所述第二止回阀允许从空气涡轮发电机的低压侧引入气体。

来自柱的气体流动被收集器捕获，并且气体在通过空气涡轮发电机之后通过收集器在柱之间再分布。这些收集器以管的阵列的形式实施。

已知的系统因此呈现了用于转换涌浪能量的可能有利的解决方案。并且上述单向气体流动构造构成特别有前景的选择。

这些已知系统的构造通常具有一系列的柱，所述柱布置成行并且每个柱连接至空气涡轮发电机。

但是这些已知的系统复杂并且生产成本昂贵，并且仅可以在具有强烈涌浪的位置实施。

事实上，这些系统的操作需要柱的行相对于涌浪的蔓延方向以特别方式对齐。

此外，经压缩气体在管的阵列中的循环造成系统的气动惯性，这不利于其效率。这些管还产生水头损失，所述水头损失也不利于系统的效率。

此外，这种结构相当多的暴露于海洋，因此柱必须具有非常大的尺寸(柱壁的厚度等)。

最后，如果水表面处的涌浪或衍射运动使得水表面处的波浪形成平行于所述行的向前的蔓延，所有柱将同时处于超压和同时处于真空。

此外，在该假设下，如果系统为浮动系统，其承受的风险在于：在涌浪突然出现时所述系统升高而其柱中的水平面不会改变。

这造成效率的降低，因为对于所有的柱而言，系统以两个相继的气体进入步骤和气体离开步骤操作，并且空气涡轮发电机上游和下游的收集器由于进入或离开的气体(而不是在两个收集器之间共享的流动)而饱和。

发明内容

本发明的一个目的是克服上述的至少一个缺点。

为此目的，提供了用于转换来自涌浪和/或波浪的能量的系统，所述系统包括水压缩柱的阵列，每个柱包括：

-下方端部，所述下方端部被设计成浸入经受涌浪作用的一定体积的水中，所述下方端部具有开口用于将来自水体积的水容纳在所述柱中，从而形成腔体，所述腔体在所述柱的上方部分中包含气体，

-第一止回阀，所述第一止回阀从所述柱至所述阵列的柱所共用的超压容器流体相通，

-第二止回阀，所述第二止回阀从所述阵列的柱所共用的真空容器至所述柱流体相通，

其中所述超压容器和所述真空容器通过涡轮机流体连接，并且

其中所述阵列的柱毗邻地布置，并且所述阵列在至少两个非平行方向上延伸。

通过如下特征一起或者以其任何一种技术上可行的组合来有利地补充本发明：

-对于每个柱，所述第一止回阀和所述第二止回阀设置在所述柱的上方，

-所述系统的柱的第一止回阀沿着第一行设置，并且所述系统的柱的第二止回阀沿着第二行设置，

-所述行为相互平行的直线队列，

-所述阀在所述柱的上方形成第一行和第二行的交替，

-每个第一行设置在所述超压容器的第一部分处，并且每个第二行设置在所述真空容器的第二部分处，所述第一部分和第二部分交替地设置在所述柱的上方，

-每个第一部分、第二部分分别在气体流动方向上具有增加或减小的横截面，

-所述第一部分各自连接至所述超压容器的设置在每个第一部分和所述涡轮机之间的同一个第一腔体，并且所述第二部分各自连接至所述真空容器的设置在每个第二部分和所述涡轮机之间的同一个第二腔体，

-所述第一腔体和所述第二腔体设置在第一部分和第二部分的交替的上方，

-所述第一腔体和所述第二腔体设置在第一部分和第二部分的交替的每一侧上，

-所述第一腔体、第二腔体分别在气体流动方向上具有增加或减小的横截面，

-每个第一部分包括两个相继的第一行，并且每个第二部分包括两个相继的第二行，

-每个柱包括内部浮动设备，所述内部浮动设备被设计成避免水从所述柱渗透至所述阀，

-每个柱包括内部浮动设备，所述内部浮动设备被设计成避免空气通过所述开口离开所述柱，

-每个柱包括内部流动设备，所述内部流动设备被设计成在所述柱内移动，所述内部浮动设备具有所述柱的内壁的清理装置，

-压力调节设备，所述压力调节设备被设计成调节相对于大气压的所述超压容器中的压力和所述真空容器中的压力的平均值，

-所述超压容器和/或所述真空容器包括排水设备，

-用于相对于所述柱的开口偏转涌浪的装置，

-所述偏转装置包括可移动挡板，所述可移动挡板设置在所述柱的每一侧上和/或柱的下方，

本发明还涉及用于转换来自涌浪和/或波浪的能量的单元，所述单元包括多个上述系统，所述系统相互连接。

附图说明

当阅读如下说明时，其它目的、特征和优点将变得明显，所述说明参考附图用于解释的目的而非限制性的，在附图中：

-图1显示了根据本发明的第一个示例性实施方案的系统的透过系统的一个侧壁的立体图，

-图2显示了图1的系统的透过系统的顶部的底视图，

-图3显示了根据本发明的第二个示例性实施方案的系统的沿着平面D–D的底部截面图，

-图4显示了图3的系统的沿着平面A–A的侧面截面图，

-图5a显示了当水平面在所显示的系统的柱中升高时，图3的系统的沿着平面B–B的侧面截面图，

-图5b显示了当水平面在所显示的系统的柱中降低时，图3的系统的沿着平面C–C的侧面截面图，

-图6a显示了根据本发明的第三个实施方案的系统的透过系统的侧壁的正视图，显示了在平静大海的情况下用于偏转涌浪的装置，

-图6b显示了根据本发明的实施方案的第三个实施例的系统的透过系统的侧壁的正视图，显示了在汹涌大海的情况下用于检测涌浪的装置，

-图7显示了根据本发明的实施方案的第四个实施例的系统的立体图，所述系统具有浮动元件，

-图8显示了根据本发明的另一个具体实施方案的根据本发明的系统的柱的内部浮动设备，

-图9显示了用于转换来自涌浪的能量的单元的立体图，所述单元包括多个根据本发明的实施方案的另一个实施例的系统。

具体实施方式

系统的通常结构

参考图1至9，其描述了用于转换来自涌浪和/或波浪的能量的系统。

涌浪和/或波浪意指海平面的任何振荡，无论其来源如何(潮汐、风、船舶)。

特别地，所述系统还可以允许转换来自不直接与涌浪相关的随机波浪的能量。

所述系统包括水压缩柱1的阵列。

柱1意指包括一个或更多个侧壁的空心结构，所述侧壁在基本竖直方向上在两个端部之间延伸并且限定与外部分离的内部空间。每个柱允许流体在其端部之间流动。

每个柱1具有被称为下方端部110的第一端部，所述第一端部被设计成浸入经受涌浪作用的一定体积的水中。

术语“下方”和“上方”在本文中将被理解为表示元件根据其高度的相对位置的术语，所述高度根据的是在系统被设计的布置位置处并且在系统的正常使用的过程中相对于参考平面(例如海平面)的海拔。

所述系统因此被构造成使得在正常使用时每个柱1的下方端部110位于水平面20的下方。

下方端部110具有开口111，所述开口111用于接收柱1的水容量的水，从而形成在柱1的上方部分120中包含气体的腔体。

通过这种方式，气体被捕获在腔体中并且不能通过开口111逸出，因为该开口设置较低并且位于水下。

在正常使用时，开口111因此放置在水下。开口111被构造成使得柱1中的水经受涌浪作用，所述涌浪作用影响水的体积。

气体通常为空气。

为了形成腔体，上方部分120因此与柱1内的水平面限定了空间，气体可以在所述空间中压缩。

此外，柱1的尺寸被设置为使得水的振荡可以压缩气体，这通常通过减小气体位于其中的腔体的体积来有效地增强作用在气体上的机械力。

现在振荡运动(例如涌浪)对应于在水的表面上蔓延的波浪。该波浪形成区域的空间序列，在所述区域处的水平面相比于水平面较低的区域较高。在表面上的给定点处，振荡形成水平面升高的周期的时间序列和水平面降低的次数。

因此，如果柱1的侧壁被构造成使得水呈现出柱1内的过高的表面积，柱1内将存在水平面较高的区域和水平面较低的区域。一个的作用抵消另一个的作用，将没有压缩功或抽吸功施加到腔体中的气体。

柱1的内部空间的尺寸因此必须使得柱1内的水平面平均交替地升高或降低，也就是说腔体的体积交替地增加和减小。这有可能通过选择柱1的内部截面而实现，相比于在待放置所述系统的区域中观察到的涌浪的运动，所述内部截面足够小。

当然，本领域技术人员将知晓如何设定柱1的尺寸，同时避免过多地减小其横截面，这可能造成的结果是增加每单位面积的柱的数目并且降低系统的整体效率。

每个柱1具有第一止回阀4。该第一止回阀4从所述柱1至阵列的柱1所共用的超压容器2流体相通。

当水平面在柱1中升高并且腔体中的气体经受压缩力时，该第一止回阀4因此适合于允许位于腔体中的气体进入超压容器2。在波峰处获得最大压缩力。

此外，该第一止回阀4使得有可能避免超压容器2中的气体直接返回至柱1的一者，这与不同的柱1中相对于超压容器2的相对压力无关。

每个柱1具有第二止回阀5，所述第二止回阀5从阵列的柱所共用的真空容器3至所述柱1流体相通。

当水平面在柱1中降低并且腔体中的气体经受抽吸力时，该第一止回阀4因此适合于允许位于真空容器3中的气体进入腔体。在波谷处获得最大抽吸力。

此外，该第一止回阀4使得有可能避免柱1的一者中的气体直接返回至真空容器3，这与不同的柱1中相对于真空容器2的相对压力无关。

所有柱1因此连接至超压容器2和真空容器3，有可能获得超压容器2中的相对于真空容器3的超压。

在所述系统中，超压容器2和真空容器3通过涡轮机6流体连接。容器2和3之间的压差造成气体通过流体连接从超压容器2移动至真空容器3。

涡轮机6因此开动并且因此能够将以这种方式接收的能量转换成其它能量类型，通常为电能。所述系统因此可以将来自涌浪的能量转换成其它能量类型。

此外，阵列的柱1毗邻地布置。换言之，它们直接相邻。

毗邻不仅意指柱1共享共用的壁或一部分壁(也就是说，壁的两侧的每一者都在柱1的内表面中)的情况，还意指柱1的壁邻接的情况。

邻接的柱1意指柱1各自的壁彼此接触，或者连接或布置从而不允许水进入在阵列中直接并排设置的两个柱1之间的空间。

邻接的柱1还意指如果小体积的水可以进入该空间，该小体积的水不能经受涌浪作用并且不能重现来自涌浪作用的振荡运动的情况。

此外，毗邻的柱1的阵列在至少两个非平行方向上延伸，即在平面中而非仅仅在单个行中延伸。因此至少三个柱是不对齐的。

柱1的阵列因此倾向于形成水表面的瓦面结构。

这可以例如为毗邻的柱1的多个行或队列。然而将理解本发明不特别限于任何几何形状。

因此，在基本水平平面(通常为与水表面一致的平面)的任何方向上通过系统时，接连遇到至少两个柱。因此，无论系统相对于涌浪的定向如何，某些柱1位于水平面较高的区域处而其它柱1位于水平面较低的区域处(这在该情况下对应于在涌浪蔓延的基本水平的方向上通过系统)。通过这种方式，超压容器2被供应空气同时真空容器3排空。

不同于根据现有技术的系统，当水体积经受涌浪作用时根据本发明的系统仍然连续操作，而无论涌浪的蔓延轮廓如何。

特别地，温和的涌浪足以允许超压容器2中的压力增加和真空容器3中的压力降低，因此造成涡轮机6的驱动。

根据本发明的柱的阵列的组织因此允许系统操作，而无论涌浪的性质如何。此外，相比于现有技术的系统，具有所述柱阵列的组织(在两个非平行的方向上延伸)的系统呈现出在水上的更大的稳定性，因此即使在汹涌大海或风暴的情况下仍然继续操作。根据本发明的系统因此是通用的并且容易适用于可变的地理构造和气候构造。

结果是更高的效率和更容易定位的系统，因为系统可以无论其相对于涌浪的定向如何而进行操作。

此外，所述系统将不遭受由于衍射现象而造成的效率损失，所述衍射现象可能涉及水平面的振荡运动的接近柱之间的间隔的空间波长。

事实上，在这里柱1过于接近在一起并且倾向于形成瓦面结构，这避免了所有的柱1同时具有相同的水平面。

此外，在两个非平行方向上的这种毗邻组织涉及柱1的巨大的表面，所述柱1朝向其它的柱1转向，因此不暴露于大海。

由于水的运动造成的机械磨损因此限制于阵列的周边区域。

结果是比现有技术更坚固的系统。此外，该系统更容易制造并且制造成本更低，因为只需要保护位于阵列周边的柱的壁免受暴露于大海的作用。

此外，所述系统提供显著的效率，因为这种柱组织允许空气在压力下的收集和再分布更有效地进行组织。

根据本发明的系统的紧凑性使得有可能减小甚至是消除根据现有技术的系统中所必须的较大的管长度，由于与这些管长度相关的效率损失，所述较大的管长度是限制可以连接至根据现有技术的系统的柱的数量的障碍。

容器2和3可以在大量的柱之间共享并且其位置和尺寸可以设置为合并到涡轮机6或者自涡轮机6的空气的路径，并且限制在系统的该点处的气体的加速和气体流动系统的饱和，并且因此限制相关的水头损失。

虽然根据现有技术的系统限制于转换来自定向涌浪的能量，根据本发明的系统作为补充方案或替代方案允许转换来自整个波浪(随机或非随机)的能量，无论波浪的形状和方向如何。

柱的阵列

柱的形状

柱1可以具有适合实施本发明的任何形状。

柱1例如具有通常柱体形状，例如在其下方端部110和其上方端部之间延伸的柱体形状。

柱体意指在侧面上通过由直线(被称为生成元)形成的表面限定的空心体积，所述直线具有固定的定向并且沿行封闭的平坦曲线(被称为准线)，所述表面在高度上例如通过两个平行平面限定。

参考图1至6b，柱具有例如矩形准线的柱体形状(换言之，平行六面体形状)。柱可以具有其它柱体形状，例如旋转柱体(圆形截面)、管形状或大体棱柱形状(多边形横截面)。

柱1优选竖直定向。

柱1可以包括用于改变柱的高度的装置。柱1因此例如为可变高度的柱。根据一个具体实施方案，每个柱1因此可以包括伸缩管和/或可移动柱体头用于升高柱1和总体用于升高系统。因此有可能调节柱1内的水平面。

柱1可以具有相同形状(如图1至6b中所示)，或具有不同形状。

柱开口

如图1至6b中所示，柱1的下方端部110的开口111可以向下定向。

开口111可以在其它方向上定向。例如，开口111可以在侧面上设置在柱1处，例如设置在位于阵列周边处的柱1处。开口111还可以在侧面上设置在多个位于周边外部的柱1处，特别是如果柱的尺寸使得其下方端部110延伸至不同高度时。

壁

参考图1至6b，柱1的某些壁可以是多个柱共用的。

替代性地，柱1的某些壁可以彼此倚靠或相邻地设置。

阵列的组织

柱1可以例如在多个毗邻的行和/或排中组织成行，特别是队列。

行意指一行毗邻的柱1。所述行例如为曲线或直线，或换言之为队列。

参考图1至6b，柱可以特别组织成直线的和相互平行的队列。阵列可以在两个正交方向上延伸，从而在水表面上形成柱1的网格。

替代性地，柱1可以组织成非直线，例如曲线，例如沿着同心曲线。

柱1和阵列可以根据涌浪的特征波长设置尺寸。因此有可能选择适合于某一类型的涌浪(即适合于某一波浪段)的柱1的横截面、柱1的高度和阵列的行的类型，从而优化系统的效率。

止回阀和容器

阀

对于每个柱1，第一止回阀4和/或第二止回阀5可以设置在柱1的上方。

替代性地，一个或更多个阀可以在侧面上设置，特别是对于位于阵列周边处的柱，或者对于不位于周边处的柱1，如果这些柱1的端部延伸至相比于毗邻的柱1的不同高度。

阀和容器的组织

系统的柱1的第一止回阀4例如沿着第一行(例如队列)设置。系统的柱1的第二阀5例如沿着第二行(例如队列)对齐。

行在几何上意指连接元素的连续轨迹。行可以例如为直线或曲线。

沿着行的布置通常涉及不同的行不得彼此交叉，换言之一个行的元素不能设置在另一个行的两侧。交叉可以相对于平面中的投影(通常为平面中的通过平均水表面限定的投影)进行限定。

一行阀4或5通常为一行毗邻的柱1的阀4或5。

一行阀4或5可以为一行毗邻的阀4或5，特别是如果阀4或5的布置方式不同于相应的柱1。

止回阀例如为片状阀。

所述行或队列使得有可能减小结构的总体积并且更有效地相互连接阀从而减少与收集器相关的损失。

阀4和/或5的行或队列可以为直线的并且相互平行，如图1至6b中所示。

阀4和5可以在柱1的上方形成第一行和第二行的交替。

特别地，每个第一行可以设置在超压容器2的第一部分210处，每个第二行可以设置在真空容器3的第二部分310处。第一部分和第二部分因此可以在柱1的上方交替布置。

因此获得这样的结构，其中如图1至6b所示，容器2和3在柱1的上方交错。容器2和3的交替设置的部分可以通过共用的壁分离。

因此有可能直接连接每个柱1到容器2和3的每一者而无需凭借每个行或队列的阀4和5处的收集器，或者有可能急剧地限制所需的收集器的长度并且因此限制与所述收集器相关的损失。

第一部分可以呈现出在气体流动方向上具有增加的横截面的形式。同样地，第二部分可以呈现出在气体流动方向上具有减小的横截面的形式。因此有可能避免特别是由接近阀的容器2和3中的背压造成的气体流动的限制，因此限制水头损失。

此外，所有阀不必同时在同一个部分中打开。这进一步减少了相比于每个阀处的专用收集器的气体流动的加速或饱和的风险。

特别地，第一部分210可以各自连接至超压容器2的同一个第一腔体220，第一腔体设置在每个第一部分210和涡轮机6之间。

第二部分310可以各自连接至超压容器2的同一个第二腔体320，第一腔体设置在每个第二部分310和涡轮机6之间。

连接意指流体连接，通常为直接的流体连接，通常为每个部分直接通往相应的第一腔体或第二腔体。

每个容器2或3因此可以包括具有一般梳子形状的部分、形成梳子的齿状物的部分和形成梳子的把手的第一或第二腔体。两个容器2和3的梳子因此在其齿状物处插入彼此。这造成巨大的空间节约，因此造成所述结构的生产成本的降低以及损失的减少。

第一腔体220或第二腔体320通常为臂部。臂部在本文中意指容器延伸使得相应部分通往其中的部分。

第一腔体220可以具有在气体流动方向上具有增加的横截面的形式。

特别地，第一腔体220可以具有横截面大于设置在上游的开口的每个横截面的总和的形状，每个开口对应于通往部段上游的第一腔体220的第一部分210。

因此，通常地，当第一部分210具有增加的横截面时，第一腔体220可以具有横截面大于每个第一部分210的最大横截面的总和的形状，所述每个第一部分210通往部段上游的第一腔体220。

同样地，第二腔体320可以具有在气体流动方向上具有减小的横截面的形式。

特别地，第二腔体320可以具有横截面大于设置在下游的开口的每个横截面的总和的形状，每个开口对应于通往所述部段下游的第二腔体320的第二部分310。

因此通常地，当第一部分210具有增加的横截面时，第一腔体220可以具有横截面大于每个第一部分210的最大横截面的总和的形状，所述每个第一部分210通往所述部段上游的第一腔体220。

因此有可能避免特别是由于同一个容器的第一腔体220和第二腔体320的部分之间的背压造成的气体流动的限制，因此限制水头损失。

第一腔体220和/或第二腔体320可以各自形成气体存储器和/或压力存储器。当涡轮机6在饱和状态下操作时，因此有可能储存超压容器2中的超压和真空容器3中的真空，使得即使在涌浪和波浪之后供应更少的能量时，涡轮机6仍然可以连续操作。

特别地，第一腔体220可以设置在第一部分210和第二部分310的交替的上方。

同样地，第二腔体320可以设置在第一腔体210和第二腔体310的交替的上方。

这造成系统更大的紧凑性。

另一个结果是更低的生产成本，因为有可能使用容器2(或3)的部分和另一个容器3的第二腔体(或另一个容器2的第一腔体)之间的共用的壁，正如图1至6b中所示的实施方案，其中容器2(或3)的部段的上方壁形成另一个容器3(或2)的下方壁的部分。

同样地，容器2和3的侧壁的一部分可以为两个2和3容器共用的。因此有利的是在共用的壁部分处设置一个或更多个涡轮机，如图1中所示，因此形成甚至更紧凑的系统并且限制与用于将气体引导至涡轮机6的导管相关的损失。

替代性地，第一腔体220和/或第二腔体320可以设置在第一部分210和第二部分310的交替的每一侧上。

当第一腔体220和第二腔体320设置在第一部分210和第二部分310的交替的每一侧上时，有可能获得更低并且因此更稳定的结构。

无论第一腔体220和第二腔体320设置在容器2和3的部分210和310的每一侧上还是上方，涡轮机6可以设置在臂部的两个端部之间，如图3中所示。

无论第一腔体220和第二腔体320的位置如何，有可能设定容器2和3的这些腔体的尺寸从而仅接近涡轮机6形成阻塞点。这些阻塞点使得有可能加速在进入涡轮机6的通道处的空气并且通过允许空气的平稳流动增加效率，即使是在温和涌浪的情况下。

根据一个具体实施方案，每个第一部分210包括两个接连的第一行，每个第二部分310包括两个接连的第二行。

因此获得这样的结构：阀从一个行至另一个行(或者从一个队列至另一个队列)首尾相连地设置，如图3中所示。

这使得有可能获得生产成本甚至更低的结构，因为每个部段包括两个行或队列。

所述实施方案的额外的优点是避免了与涌浪的波浪的相移相关的损失，甚至是得益于与涌浪的波浪的相移相关的损失，即使当蔓延波浪平行于所述行或队列时。

事实上，所有相同类型的阀被组织成毗邻的柱的两个相继的行或相继的队列，特别是如果水经受平行于所述行(特别是所述队列)的波浪蔓延，柱的尺寸也可以使得两个行(特别是队列)的至少一者具有打开的阀。每个部段因此具有在给定时间内使气体流动通过所述部段的大得多的可能性，并且气体流动更公平地分布在容器2和3的不同部分之间。

此外，通过与行或队列相关的部段可用于气体流动的空间合并在成对的行或队列之间，并且每个行或队列的阀不完全同时系统地打开，因此有可能在气体从每个止回阀4和/或5流动或流向每个止回阀4和/或5的过程中节省甚至更多的空间，并且有可能进一步减少气体的加速和气体流动饱和的可能性。

柱的内部浮动

根据一个具体实施方案，所述结构的一个或更多个柱(优选所有柱)具有位于每个柱1内部的浮动设备11。所述设备(通常包括内部浮子11)例如显示在图8中。

内部浮子11的尺寸通常足够轻从而浮在存在于柱中的水上。因此内部浮子的尺寸使得可以在柱中至少在第一高度处的低位置和第二高度处的高位置之间移动同时被柱中的水承载。

内部浮子的移动可以通过位于柱1中的引导装置引导。引导装置可以包括引导件。

引导装置例如限制内部浮子在高位置和低位置之间的移动。

因此有可能避免内部浮子离开柱1。

替代性地或额外地，引导装置使得有可能例如限制内部浮子以其它自由度移动，例如避免内部浮子倾斜或转动并且变得沿着通道阻塞。

根据实施方案的一个实施例，引导装置包括沿着柱1的内壁延伸的轨道，内部浮子具有互补元件使得内部浮子沿着轨道移动。

轨道因此可以成型为例如借助挡块限制内部浮子在高位置和低位置之间的移动。

内部浮子例如被设计成弄平柱内的水平面。因此避免了除了别的之外由于压力损失造成的谐振现象所导致的同一个柱中的水平面的差异，所述差异倾向于造成同一个柱1中的流动的扰动。为此目的，内部浮子例如具有通常与柱1的内部横截面互补的形式，该形式具有减小的允许空隙的尺寸。

内部浮子例如被设计成避免水从柱进入阀。

这使得有可能避免水进入容器2和/或3，并且造成系统浮力和/或系统效率的降低。

此外，这使得有可能避免由水施加的过大的力损坏阀。事实上，为了获得巨大的有效性和反应性，阀的尺寸优选设置为对由空气施加的压力以较大的敏感度进行反应。然而，所述敏感度暗示着由液体(例如水)施加的力具有对阀产生巨大损坏的威胁。当安装敏感的阀时，因此需要保护所述阀。

为此目的，柱例如在第二高度处具有上方停止区域14，所述上方停止区域14具有与内部浮子互补的形状并且从柱的内壁延伸，并且其中当内部浮子向上移动至该结构时其本身嵌入从而在该位置处形成密封闭合。因此，当水升高直至内部浮子本身嵌入上方停止区域时，水不能进一步升高并且因此不能进入容器2或3，也不能损坏设置在停止区域上方的阀。

上方停止区域例如包括密封垫圈，内部浮子挤压所述密封垫圈从而形成密封闭合。

上方停止区域可以适合于形成阻尼器并且因此限制由于浮子对停止区域的不断冲击而在浮子上造成的磨损。替代性地或额外地，阻尼元件13可以设置在浮子11上。

替代性地或额外地，内部浮子例如适合于避免空气通过开口111从柱中逃脱。

这使得有可能当水平面下降时避免气体离开系统，特别是当水平面的下降程度足以到达开口111时避免造成柱中的真空和倾向于通过开口111朝向系统外部驱赶空气的抽吸。系统中气体量的减少将逐渐降低系统的效率。

为此目的，柱例如在第一高度处具有下方停止区域，所述下方停止区域具有与内部浮子互补的形状并且从柱的内壁延伸，并且其中当内部浮子通过下降的水平面向下移动至该结构时其本身嵌入从而在该位置处形成密封闭合。因此，当柱中的水下降直至内部浮子本身嵌入下方停止区域时，气体在第一高度的上方停留在柱中，因此不能从系统中逃脱。

下方停止区域例如包括密封垫圈，内部浮子挤压所述密封垫圈从而形成气密性闭合。

下方停止区域可以适合于形成阻尼器并且因此限制由于浮子对下方停止区域的不断冲击而在浮子上造成的磨损。替代性地或额外地，阻尼元件13可以设置在浮子11上。

替代性地，内部浮子可以适合于在柱内移动并且具有用于清理柱的侧壁的装置15。

与水接触的系统的反复出现的问题是海洋生物膜的形成。海洋生物膜倾向于损坏它们在其上生长的接触壁。

此外，柱1的清理的实施比较复杂，并且其常规实施可能需要停止柱1的操作，或者可能停止整个系统的操作，这暗示着在该期间内不能转换能量。

内部浮子11随着柱1中水的振荡运动的移动因此使得有可能清理柱并且避免生物膜的形成。

此外，当系统在正常操作时该清理连续进行，因此避免了停止系统来清理柱。

内部浮子因此可以在其周边上包括例如刷子和/或刮刀的元件，所述元件摩擦柱的内壁并且撕除在内壁上生长的膜。

压力调节器

根据一个具体实施方案，所述系统包括压力调节设备。

压力调节设备被设计成调节相对于大气压的超压容器2中的压力和真空容器3的压力的总和。

压力调节设备被设计成调节超压容器2的压力和真空容器3的压力与大气压的平均值。

压力调节设备例如包括两个活塞，所述活塞设置在两个腔体中从而成对地比较压力。

压力调节设备例如包括设置在一个腔体中的双活塞。双活塞包括将腔体密封地分成三个部分的两个活塞。

每个活塞例如可以在相同的腔体中独立于另一个活塞移动，所述腔体的一个端部和活塞之间的一个部分各自通过连接装置与容器2和3中的一个流体连接。另一个端部通过连接装置与外部流体连接。连接装置例如为导管。

调节设备可以以这样的方式布置使得腔体的三个部分各自具有真空容器3中的压力、超压容器2中的压力和大气压。

因此活塞的位置和移动特征取决于这些压力之间的差异。

当两个容器2和3的压力的总和小于大气压和固定系数的乘积时，活塞能够根据其位置及其移动驱动阀，从而将一些外部空气吸入真空阀3。

同样地，当两个容器2和3的压力的总和大于大气压和固定系数的乘积时，活塞能够根据其位置驱动阀，从而允许超压容器2中的一些空气逸出。

排水设备

根据一个具体实施方案，超压容器2和/或真空容器3可以包括排水装置17，例如排水设备。

容器2或3的排水设备例如设置在容器2或3的下方部分中，使得水通过重力被引导至排水设备。排水设备可以设置在容器2或3的靠近系统周边的端部处。

容器2或3的排水设备例如包括连接至止回阀的管。

管例如以小于柱1的高度的高度延伸。通过这种方式，当水平面下降接近管的下方端部时，例如由于波谷在下方端部处通过，压力的相互作用造成水漏出而没有气体泄漏因此没有压力损失。所述构造使得有可能例如排空真空容器3的管，在所述真空容器3中内部压力倾向于避免水离开管。

排水设备例如为倾泄阀类型的系统。

所述设备例如显示在图1中。

涌浪导流器

根据一个具体实施方案，所述系统可以包括用于偏转涌浪的装置。

这些偏转装置例如被设计成朝向柱的开口111集中涌浪从而增加柱1中水的振荡。

这些偏转装置例如被设计成在汹涌大海的情况下限制朝向柱1的开口111的涌浪的集中从而减少柱1中水的振荡，并且因此保护系统的内部，例如柱1的阀。

偏转装置可以固定或者可以在至少两个位置之间移动从而在平静大海的情况下允许朝向开口111的涌浪的集中，和/或在汹涌大海或暴风雨的情况下限制朝向开口111的涌浪。

偏转装置可以包括至少一个导流器。

偏转装置可以包括至少一个设置在系统上(例如设置在系统的外部挡板上)的壁或挡板，所述壁或挡板为固定或可移动的，从而使涌浪向下定向，即朝向柱中的开口111定向。

偏转装置可以包括至少一个当系统在正常操作时设置在开口111下方的挡板，所述挡板为固定或可移动的，从而使涌浪向上定向，即朝向开口111定向，和/或限制至开口111的通路。

因此，当挡板可移动时，根据设置在开口111下方的导流器的位置，特别是根据导流器的定向和导流器相对于柱的下方部分的高度，可以调整偏转的效果。

因此设置在开口111下方的可移动挡板例如设置在底部上，或者通过缆线(例如长度可以调整从而改变可移动挡板对涌浪的作用的缆线)连接至系统。

可移动挡板的实施例例如在图6a和6b中提供。

系统浮动元件

所述系统可以包括浮动装置16从而将系统维持在水体积中的一定水平处。

这些浮动装置通常包括浮子。

能量转换单元

还描述用于转换来自涌浪的能量的单元。

所述单元包括多个相互连接的系统。所述系统例如在中间部分1003处相互连接，该中间部分有可能包括不同系统共用的涡轮机6。

优选地，所述系统相互连接从而形成非180°，优选90°的角度，从而优化能量转换，而无论涌浪的蔓延方向如何。

所述组织还使得有可能避免在涌浪和波浪的影响下的系统移动现象，通常为系统的纵摇和/或滚动。由于这些现象降低了系统的效率，需要避免这些现象。事实上，涌浪和波浪通常可以使系统移动，这因此减少了柱1内的振荡并且因此减少了可以转换的能量。

通常地，多个系统(至少三个系统)因此相互连接，在其之间形成例如120°的相等的角度。

实施方案的实施例

第一个系统实施例

参考图1和2，描述了根据本发明的第一个示例性实施方案的系统。

所述系统包括例如在网格中毗邻组织的柱1，柱1优选与毗邻的柱共享壁。网格例如包括四个行，每个行具有七个柱1。

柱1优选竖直定向。对于2.2m的高度，柱1例如具有通常约0.5x 0.7m的矩形截面。

柱的顶部(未示出)通常关闭并且对于每个柱设置有第一止回阀4和第二止回阀5，每个止回阀与相应容器2或3的部分210或310相通。

优选地，如图2中所示，超压容器2的每个第一部分210和真空容器3的每个第二部分310在柱1的两个邻接行的上方部分延伸，使得两行柱的相同类型的止回阀4和5连接至相同部分。因此，对应于两行邻接的柱1的两行第一止回阀4例如连接至相同的第一部分210。

结果是止回阀的行或列在柱1的一个行或队列和邻接行或队列之间首尾相连地设置。

超压容器2(或真空容器3)优选各自具有第一腔体220(或第二腔体320)，所述第一腔体220(或第二腔体320)在第一部分210和第二部分310的上方延伸。

容器2和3例如通过壁610分离。所述壁例如与柱1的网格正交地延伸并且基本上设置在系统的中间。

壁610通常设置有至少一个涡轮机6，所述涡轮机6允许气体在超压容器2和真空容器3之间流动。

因此，超压容器2的每个第一部分210包括远端子部分211和近端子部分212，所述远端子部分211设置在真空容器3的第二腔体320的下方，所述近端子部分212设置在超压壳体2的第一腔体220的下方并且直接连接至超压容器2的第一腔体220。

同样地，超压容器3的每个第二部分310包括远端子部分311和近端子部分312，所述远端子部分311设置在超压容器2的第一腔体220的下方，所述近端子部分312设置在真空容器3的第二腔体320的下方并且直接连接至真空容器3的第二腔体320。

因此，超压容器2的每个远端子部分211通常通过侧壁2111和2112与真空容器3的邻接近端子部分312分离。

同样地，真空容器3的每个远端子部分311通常通过侧壁3111和3112与超压容器2的邻接近端子部分212分离。

此外，超压容器2的每个远端子部分211通过上方壁2113与设置在其上方的真空容器3的第二腔体320分离，所述上方壁2113连接至侧壁2111和2112，使得远端子部分211与真空容器3密闭地隔离。

同样地，真空容器的每个远端子部分311通过上方壁3113与设置在其上方的超压容器2的第一腔体220分离，所述上方壁3113连接至侧壁3111和3112，使得远端子部分311与超压容器2密闭地隔离。

优选地，上方壁2113和3113相对于阀4或5的行或队列倾斜，从而形成具有增加或减小的横截面的子部分并且考虑到沿着子部分朝向阀4或5或来自阀4或5的流动的加法或减法。

柱1之间的壁和子部分和第一腔体220和第二腔体320之间的壁通常具有在1和3mm之间的厚度。

超压容器2和真空容器3还可以通过侧壁和形成顶部的壁与外部隔离。

所述容器还延伸超过柱1，从而在每个容器中的柱的每一侧提供维修廊道18。

第二个系统实施例

参考图3至5b，描述了根据本发明的第二个实施方案实施例的系统。

柱1、止回阀4和5和容器2和3的相对组织与第一个实施例相似。

由于波谷10的通过使得水平面相对于平均平面20最小的柱1经受真空力。

由于波峰10的通过使得水平面相对于平均平面20最大的柱1经受压缩力。

柱1上方的第一止回阀4和第二止回阀5在方向上的分布是非常重要的。

然而，涡轮机6设置在通过超压容器2和通过真空容器3在涡轮机6的每一侧上形成的阻塞点中。该阻塞点使得有可能仅在涡轮机6处加速气体流动从而提供更好的效率。该阻塞点可以作为第一腔体220和第二腔体320的延伸部形成。

箭头7显示了进入涡轮机6的气体的流动，箭头8显示了离开涡轮机6的流动。

止回阀4和5例如包括门片，所述门片被设计成根据每个阀允许的循环方向而摆动。

第一止回阀4例如设置在真空容器3的第二部分的远端子部分311的侧壁3111和3112上，如图4中所示，和/或设置在柱1的壁上。

同样地，第二止回阀5例如设置在柱1的壁上，如图4中所示，和/或设置在真空容器3的第二部分的远端子部分的侧壁2111和2112上。

第三个系统实施例

参考图6a和6b，描述了根据本发明的实施方案的第三个实施例的系统。

柱1、止回阀4和5和容器2和3的相对组织与第一个实施例相似。

所述系统可以包括用于偏转涌浪的装置。特别地，所述系统可以包括一个或更多个上方侧面挡板23，所述上方侧面挡板23例如设置在水表面20处。上方侧面挡板23设置在系统的每一侧上。

额外地或替代性地，所述系统例如包括设置在水表面20下方的挡板。

因此所述系统包括例如下方中间挡板22，所述下方中间挡板22设置在柱1的阵列的下方。所述系统例如包括下方侧面挡板21，所述下方侧面挡板21设置在上方侧面挡板23的下方。

挡板可以为固定的。它们因此适配成可能的构造。优选地，挡板可移动从而使涌浪的偏转适应于在给定时间内水体积所经受的涌浪的轮廓。

当大海正常时，亦即当涌浪的高度适合于柱1的尺寸(特别是其高度)时，为了获得所需的效率，所有挡板通常水平地设置在中立位置处，从而不改变涌浪。

当大海平静时，当涌浪的高度相对于柱1的尺寸过低时，挡板可以相对于柱1的下方部分110呈现会聚定向。挡板因此允许涌浪在柱1中集中并且增加柱中水的振荡幅度。事实上，在平静水中，需要尽可能多地增加涌浪的移动从而改进效率。

这可以例如通过图6a中所示的系统实现。上方侧面挡板23例如定向为向下引导涌浪。系统的外壁可以具有相似的定向从而在上方侧面挡板23供应的方向上促进涌浪的移动。

下方侧面挡板21例如对称地定向从而向上引导涌浪。下方中间挡板22因此可以水平地设置从而不阻挡涌浪的移动。

当大海汹涌时或在暴风雨的过程中，如果涌浪的高度相对于柱1的高度过大，挡板可以相对于柱1的下方部分110呈现发散定向。挡板因此允许最初朝向柱1的涌浪的能量的部分分散并且因此减小柱1中水的振荡幅度。事实上，在汹涌大海中，需要减少涌浪的移动从而避免损坏系统。

这可以例如通过图6b中所示的系统实现。上方侧面挡板23例如这样定向从而向上(亦即对着系统的壁而不是在壁的下方)引导涌浪。

下方侧面挡板21例如相对于浮动水平20靠近竖直方向对称地定向，从而向下引导涌浪。下方中间档板22因此可以以相似的方式设置从而向下引导涌浪。

第四个系统实施例

参考图7，描述了根据本发明的实施方案的第四个实施例的系统。

柱1、止回阀4和5和容器2和3的相对组织与第三个实施例相似。

容器2和3优选延伸超过柱1，从而在每个容器2和3中的柱的每一侧提供维修廊道18。该维修廊道允许人员例如进入容器2和/或3从而进行修补、清理或任何种类的维修。

所述系统可以包括一个或更多个浮动元件16从而改进其浮动能力。

这些浮动元件16例如设置在系统的每一侧上，例如在系统的下方部分中，例如在维修廊道18的下方。

此外，所述系统可以包括用于从容器2和/或3中除去水的装置17。排水装置17可以包括例如倾泄阀的排水设备。

排水设备17可以例如以设置在维修廊道18中的排水道的形式设置在维修廊道18处。排水设备17可以包括管状元件，所述管状元件例如通过浮动元件16。

此外，所述系统可以包括多个涡轮机6。

接近涡轮机6的壁优选具有适合于朝向涡轮机6引导气体流动的形状。

柱内的浮动设备的实施例

参考图8，描述了根据本发明的系统的柱1，所述柱1包括柱1内的浮动设备11。

内部浮子11具有适合于沿着柱1移动的形状。

内部浮子11通常包括薄膜或壁，所述薄膜或壁被设计成覆盖柱1中水表面的主要部分，从而弄平所述表面。

此外，当浮子与上方或下方停止区域14接触时，内部浮子11的形状通常被设计成密闭地封闭柱1。

内部浮子11例如包括至少一个阻尼元件13从而限制当碰到其中一个停止区域14时的冲击。该阻尼元件例如呈现在内部浮子11的周边处从内部浮子11突出的凸起部的形式。

通常通过引导装置12(通常为轨道12，浮子11沿着所述轨道12移动)限制浮子的移动。

浮子可以在边缘处包括用于清理柱1的侧壁的装置15。这些装置通常包括刷子15。轨道12也可以具有由于浮子经过而驱动的刷子。

柱1通常为具有矩形横截面的柱体。

能量转换单元的实施例

参考图9，描述了用于转换来自涌浪或波浪的能量的单元。

所述单元包括多个根据本发明的相互连接的系统。例如，所述单元包括三个在它们的一个端部处通过中间部分1003相互连接的系统。

另一个端部可以具有涌浪偏转挡板23和1001。

所述单元可以浮动并且通过引导件1002(通常为标杆)限制所述单元的移动。

中间部分1003可以包括不同系统共用的涡轮机6。

数据实施例

使根据本发明的系统具有柱1，这些柱1具有1000m²的累计横截面，所述系统设置在圣让德吕海堤外部并且经受冬季涌浪。

该涌浪具有2m的涌浪高度H和7s的周期T。

使H_a为在通过系统减幅之后涌浪的平均高度，减幅高估30％。

H_a＝1.4m

使dP_max为在OWC处的最大超压和最大真空之间的压差。

dP_max＝2·dP_Ha＝28,000Pa

使dP_u为可用压力的变化以考虑空气动力学水头损失。

dP_u＝dP_max-10％＝25,200Pa

使V_max为空气的最大速度，其中在湿度为15下空气质量密度ρ为1.20kg/m³。

V_max＝(2·dP_u/ρ)^1/2＝205m/s

使D_max为最大流动速度。

D_max＝H_a·S/T＝285m³/s

使V为空气在涡轮机中的最大速度，其中实际涡轮机横截面S为1.4m²。

V＝D_max/S＝203m/s

因此适用V<V_max。

通过使用贝茨公式，通过下式推导最大理论功率：

P_max＝1/2·ρ·S·V³＝7,026,958W

在某些区域中，通过观察可用的气象数据，据观察总共在大于95％的时间内(亦即大于8300小时/年)得到这些条件。

对于1000m²的收集器，结果为约58,000MWh/y(或58GWh)的理论最大可能生产量。

根据这样的理论效率，将需要约9km²的柱面积从而供应520TWh/年，即法国目前的总电功率消耗。

考虑到25％的实际效率，将需要36km²的面积，或3600个根据本发明的总面积为10,000m²的系统或单元，所述系统或单元例如分布在36个塘中，每个塘具有100个系统或单元。

Claims (20)

1.用于转换来自涌浪或波浪的能量的系统，所述系统包括水压缩柱(1)的阵列，每个柱(1)具有：

-下方端部(110)，所述下方端部(110)被设计成浸入经受涌浪作用的一定体积的水中，所述下方端部(110)具有开口(111)从而接收来自水体积的水使其进入所述柱(1)，从而形成腔体，所述腔体在所述柱(1)的上方部分(120)中包含气体，

-第一止回阀(4)，所述第一止回阀(4)从所述柱(1)至所述阵列的柱(1)所共用的超压容器(2)流体相通，

-第二止回阀(5)，所述第二止回阀(5)从所述阵列的柱(1)所共用的真空容器(3)至所述柱(1)流体相通，

其中所述超压容器(2)和所述真空容器(3)通过涡轮机(6)流体连接，

其特征在于，所述阵列的柱(1)毗邻地布置，并且所述阵列在至少两个非平行方向上延伸。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，对于每个柱(1)，所述第一止回阀(4)和所述第二止回阀(5)设置在所述柱(1)的上方。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述系统的柱(1)的第一止回阀(4)沿着第一行设置，并且所述系统的柱(1)的第二止回阀(5)沿着第二行设置。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述行为相互平行的直线队列。

5.根据权利要求3或4所述的系统，其中所述阀(4、5)在所述柱(1)的上方形成第一行和第二行的交替。

6.根据权利要求5所述的系统，其中每个第一行设置在所述超压容器(2)的第一部分(210)处，并且每个第二行设置在所述真空容器(3)的第二部分(310)处，所述第一部分(210)和所述第二部分(310)交替地设置在所述柱(1)的上方。

7.根据权利要求6所述的系统，其中每个第一部分(210)、第二部分(310)分别在气体流动方向上具有增加或减小的横截面。

8.根据权利要求6或7所述的系统，其中所述第一部分(210)各自连接至所述超压容器(2)的设置在每个第一部分(210)和所述涡轮机(6)之间的同一个第一腔体(220)，并且所述第二部分(310)各自连接至所述真空容器(2)的设置在每个第二部分(310)和所述涡轮机(6)之间的同一个第二腔体(320)。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述第一腔体(220)和所述第二腔体(320)设置在第一部分(210)和第二部分(310)的交替的上方。

10.根据权利要求8所述的系统，其中所述第一腔体(220)和所述第二腔体(320)设置在第一部分(210)和第二部分(310)的交替的每一侧上。

11.根据权利要求8至10任一项所述的系统，其中所述第一腔体(220)、第二腔体(320)分别在气体流动方向上具有增加或减小的横截面。

12.根据权利要求6至11任一项所述的系统，其中每个第一部分(210)包括两个相继的第一行，并且每个第二部分(310)包括两个相继的第二行。

13.根据权利要求1至12任一项所述的系统，其中每个柱(1)包括内部浮动设备(11)，所述内部浮动设备(11)被设计成避免水从柱(1)到达阀(4、5)。

14.根据权利要求1至13任一项所述的系统，其中每个柱(1)包括内部浮动设备(11)，所述内部浮动设备(11)被设计成避免空气通过开口(111)离开柱(1)。

15.根据权利要求1至14任一项所述的系统，其中每个柱(1)包括内部浮动设备(11、15)，所述内部浮动设备(11、15)被设计成在所述柱(1)内移动，所述内部浮动设备(11)具有所述柱(1)的侧壁的清理装置(15)。

16.根据权利要求1至15任一项所述的系统，所述系统包括压力调节设备，所述压力调节设备被设计成调节相对于大气压的所述超压容器(2)中的压力和所述真空容器(3)中的压力的平均值。

17.根据权利要求1至16任一项所述的系统，其中所述超压容器(2)和/或所述真空容器(3)包括排水设备(17)。

18.根据权利要求1至17任一项所述的系统，所述系统进一步包括涌浪相对于所述柱(1)的开口(111)的偏转装置(21、22、23)。

19.根据权利要求18所述的系统，其中所述偏转装置包括可移动挡板(21、22、23)，所述可移动挡板(21、22、23)设置在所述柱(1)的每一侧上和/或所述柱(1)的下方。

20.用于转换来自涌浪和/或波浪的能量的单元，所述单元包括多个根据权利要求1至19任一项所述的系统，所述系统相互连接。