CN104995398A - 波能发电 - Google Patents

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Abstract

一种波能发电系统，具有：浮力主体，其响应于垂直波浪运动和相关的相对垂直静止主体；压缩机；压力调节器；以及空气涡轮机/发电机组。所述压缩机具有的活塞相对于气缸作往复运动，以交替地压缩相对室中的空气。压力调节器罐限定与所述压缩机连通的室，用于交替地从相对的压缩室接收压缩空气，所述罐内的浮动活塞向所述室中的压缩空气施加压力，压力调节器控制由所述活塞施加到压缩空气的压力，以及液压减振系统联接到所述浮动活塞以限制所述活塞的不希望的垂直振荡，用于以相对恒定的压力输出连续流压缩空气。还描述了对比压力/真空的相对区域之间的滚动隔膜和液体槽密封。

Description

波能发电
技术领域
本公开涉及波能量转换装置，更具体地，涉及用于转换波能量来产生电功率的装置。
背景技术
通过转换波能量来产生电功率的装置是公知的，例如从Wells的美国专利第4383413号；从Houser等人的美国专利第5411377号；从Fredriksson等人的美国专利第6140712号；从Hirsch的美国专利第7199481号；以及从Buffard等人的美国专利第7781903号。
发明内容
根据本方面的一方面，一种波能发电系统包括：浮力主体，其响应于垂直波浪运动和相关的相对垂直静止主体；工作压缩机，其包括压缩机气缸和压缩机活塞，所述压缩机活塞安装成用于相对于所述压缩机气缸的往复运动，以交替地压缩相对的空气压缩机室中的空气；压力调节器，包括：压力调节器罐，其限定与所述压缩机气缸连通的调节器室，用于交替地从每个相对的空气压缩室接收压缩空气，浮动活塞，其布置在所述压力调节器罐内，并且安装成向容纳到所述调节器室中的压缩空气施加压力，以及压力控制器，其联接到所述浮动活塞，用于控制由所述浮动活塞施加到所述调节器室中的压缩空气的压力，和液压减振系统，其联接到所述浮动活塞，用于限制所述浮动活塞的不希望的垂直振荡，用于以相对恒定的压力输出连续流压缩空气；以及空气涡轮机和发电机组，其设置成与所述压力调节器连通，用于接收相对恒定压力的来自所述压力调节器和来自所述压缩机的压缩空气流的输出，以旋转所述空气涡轮机来驱动发电机产生电功率。
本发明的这一方面的实施方式可以包括以下一个或多个特征。所述压缩机还包括成对的滚动隔膜，其在所述压缩机活塞与所述压缩机气缸的相对壁之间延伸，以允许所述压缩机活塞相对于所述压缩机气缸高效地几乎无摩擦地往复运动，以交替地压缩相对的空气压缩室中的空气。所述压力调节器还包括成对的滚动隔膜，其在所述浮动活塞与所述压力调节器罐的相对壁之间延伸，以允许所述浮动活塞相对于所述压力调节器罐高效地几乎无摩擦地往复运动。所述相关的相对垂直静止主体包括相对垂直静止的中性浮力活塞，所述压缩机气缸安装成用于与所述浮力主体垂直运动，且所述压缩机活塞安装到所述相对垂直静止的中性浮力活塞。所述压缩机气缸安装到浮力主体，用于在水的表面上时响应于垂直波浪运动进行垂直运动，且所述压缩机活塞安装到相关的相对垂直静止的中性浮力活塞。
本发明的这一方面的其它实施方式可以包括以下一个或多个特征。所述相关的相对垂直静止主体包括陆地或海岸线安装，所述压缩机气缸设置在所述陆地或海岸线安装上，且所述压缩机活塞被安装到响应于水体表面的垂直运动的所述浮力主体。所述浮力主体设置在响应于水体表面的垂直运动的加压空气的体积上。所述浮力主体设置在响应于水表面的往复运动的加压空气的封闭柱上，并且所述系统还包括空气处理器，其与所述加压空气的封闭柱连通且适于增加和减少所述封闭柱内的空气的质量，用于随潮汐的变化来调节所述浮力主体的基线位置。在陆地或海岸线放置中，所述压缩气缸包括限定上下压缩室的上下相对圆形开放式圆柱形元件，以及所述压缩机活塞和第一所述圆形开放式圆柱形元件每个限定包含密封剂液体的圆形液体槽，由所述活塞限定的圆形液体槽的尺寸被确定成且布置成在交替的压缩和吸入冲程期间接收与密封剂液体密封接合的上圆形开放式圆柱形元件的凸缘壁，以及由所述下圆形开放式圆柱形元件限定的圆形液体槽的尺寸被确定成且布置成在交替的吸入和压缩冲程期间接收与密封剂液体密封接合的活塞元件的凸缘壁。所述压缩机活塞的压缩冲程产生约+20英寸(+50.8厘米)W.C.的压缩或压力。相关的液体槽包含具有约1.0的比重的密封剂液体，并且提供至少约20英寸(50.8厘米)的密封深度。所述压缩机活塞的吸入冲程产生约-3英寸(-7.6厘米)W.C.的吸入。相关的液体槽包含具有约1.0的比重的密封剂液体，并且提供至少约3英寸(7.6厘米)的密封深度。
本发明的这一方面的其他实施方式可以包括以下一个或多个特征。所述波能发电系统还包括设置成用于在活塞气缸中垂直往复运动的升降活塞形式的浮力主体，所述活塞气缸包括限定上下活塞室的上下相对圆形开放式圆柱形元件，以及所述上下圆形开放式圆柱形元件一起限定含有密封剂液体的圆形液体槽，由所述上下圆形开放式圆柱形元件限定的圆形液体槽的尺寸被确定成且布置成在所述升降活塞的往复垂直运动期间接收与密封剂液体密封接合的所述升降活塞的凸缘壁。所述上活塞室与外部环境大气连通。所述下活塞室与响应于垂直波浪运动的加压空气的封闭柱连通。所述浮力主体设置在响应于水表面的往复运动的加压空气的封闭柱上，并且所述系统还包括空气处理器，其与所述加压空气的封闭柱连通且适于调节所述封闭柱内的空气的质量，用于随潮汐的变化来调节所述浮力主体的基线位置。所述空气处理器包括空气泵，用于增加包含在所述空气的封闭柱内的空气的质量。所述空气处理器包括空气释放阀，用于降低包含在所述空气的封闭柱内的空气的质量。
根据本发明的另一方面，一种波能发电系统，包括：浮力主体，其响应于在水表面上时的垂直波浪运动和相关的相对垂直静止的中性浮力活塞；工作压缩机，包括：压缩机气缸，其安装成用于与所述浮选体进行垂直运动，压缩机活塞，其安装到所述相对静止的中性浮力活塞，以及成对的滚动隔膜，其在所述压缩机活塞与所述压缩机气缸的相对壁之间延伸，以允许所述压缩机活塞相对于所述压缩机气缸高效地几乎无摩擦地往复运动，以交替地压缩相对的空气压缩室中的空气；压力调节器，包括压力调节器罐，其限定与所述压缩机气缸连通的调节器室，用于交替地从每个相对的空气压缩室接收压缩空气，浮动活塞，其布置在所述压力调节器罐内，并且安装成向容纳到所述调节器室中的压缩空气施加压力，压力控制器，其联接到所述浮动活塞，用于控制由所述浮动活塞施加到所述调节器室中的压缩空气的压力，和液压减振系统，其联接到所述浮动活塞，用于限制所述浮动活塞的不希望的垂直振荡，用于以相对恒定的压力输出连续流压缩空气；以及成对的滚动隔膜，其在所述浮动活塞与所述压力调节器罐的相对壁之间延伸，以允许所述浮动活塞相对于所述压力调节器罐高效地几乎无摩擦地往复运动；以及空气涡轮机和发电机组，其设置成与所述压力调节器连通，用于接收相对恒定压力的来自所述压力调节器和来自所述压缩机的压缩空气流的输出，以旋转所述空气涡轮机来驱动发电机产生电功率。
本发明的上述方面中的任何一个的实施方式可以包括以下一个或多个特征。在所述压缩机活塞与所述压缩机气缸的相对壁之间延伸的成对的滚动隔膜限定封闭压缩机区域，并且所述系统还包括与所述封闭压缩机区域连通的真空泵。所述真空泵降低所述封闭压缩机区域的压力至预定压力。所述预定压力为-6英寸(-15.2厘米)W.C.的量级。在所述浮动活塞与所述调节器罐的相对壁之间延伸的成对的滚动隔膜限定封闭调节器区域，并且所述系统还包括与所述封闭调节器区域连通的真空泵。所述真空泵降低所述封闭调节器区域的压力至预定压力。所述预定压力为-6英寸(-15.2厘米)W.C.的量级。所述波能发电系统还包括封闭的空气系统，其包括：储存器，用于接收、存储和输送空气的封闭系统，以及管道系统，用于输送所述压缩机、压力调节器、空气涡轮机以及储存器中的空气。所述储存器包括：柔性气囊，其限定的体积用于接收、存储和输送封闭系统空气，以及罐，其包含所述气囊并且限定所述气囊外部的周围空气区域。所述管道系统包括单向阀，用于控制进入压缩机以及从压缩机到压力调节器和/或空气涡轮机的空气流的方向。所述单向阀包括单向阀组件，该单向阀组件包括安装成用于在双弹簧挠性组件的控制下往复闭开闭行程的相对的板，所述相对的板限定相对的密封表面和设置成与单向阀打开位置连通并且由相对的密封表面限定的偏置的空气流动区域。所述相对的倾斜密封表面由柔性密封环密封。所述压力调节器和压缩机通过压缩空气管道连通。所述压缩空气管道包括单向阀，用于控制进入压缩机以及从压缩机到压力调节器和/或空气涡轮机的空气流的方向。所述单向阀包括单向阀组件，该单向阀组件包括安装成用于在双弹簧挠性组件的控制下往复闭开闭行程的相对的板，所述相对的板限定锥形脊表面和锥形谷表面的交替大致同心环的相对的表面，所述锥形谷表面限定空气流动区域。所述锥形脊表面还包括设置成在关闭运动期间用于与相对的锥形谷表面初始接合的柔性密封环。所述波能发电系统还包括空气泵(107，图9)。所述液压减振系统包括的活塞与所述浮动活塞联接并且响应于浮动活塞在所述压力调节器室内的垂直速度，用于控制至活塞的液压流体的流量，用于限制所述浮动活塞的不希望的垂直振荡。所述压缩机活塞安装在所述压缩机气缸中于具有接合在相应的方形孔(例如由两对相对滚子(例如轴承支撑的滚子)的相对表面形成)中的压缩机活塞的上方和/或下方的平面侧例如方形截面部的中心杆上，用于抵抗所述压缩机活塞和所述压缩机气缸之间的相对旋转。所述波能发电系统还包括用于所述压缩机活塞的所述中心杆的引导系统，所述引导系统包括设置成与一个或多个所述平面侧截面部的相对表面接合的一对或多对相对滚子。所述一个或多个平面侧截面部和相应的所述平面侧孔是方形的。所述浮动活塞安装在所述调节器罐中于具有接合在相应的方形孔(例如由两对相对滚子(例如轴承支撑的滚子)的相对表面形成)中的浮动活塞的至少一侧(且达四个侧)上的平面侧(例如方形)截面部的中心杆上，用于抵抗所述浮动活塞和所述调节器罐之间的相对旋转。所述波能发电系统还包括用于所述浮动活塞的所述中心杆的引导系统，所述引导系统包括设置成与一个或多个所述平面侧截面部的相对表面接合的一对或多对相对滚子。所述平面侧截面部和所述平面侧孔是方形的。防止活塞在气缸内旋转的其它方法比如滑动轴键或单个平面还可以用于替代方式中。所述波能发电系统还包括用于在远程位置消费的输送所产生的电功率的装置。所述波能发电系统还包括液压减震器装置，其包括限定配合结构的缓冲腔并包含液压流体的至少一组缓冲活塞构件及相对构件，所述缓冲活塞和相对缓冲腔中的一个安装到所述往复浮选体，且所述缓冲活塞和相对缓冲腔中的另一个安装到所述相关的相对垂直静止主体，都在用于在对应于在所述浮选体和相关的垂直静止主体之间的相对运动的范围的上端和下端中的至少一个的预定区域中减震接合的相对位置。所述液压减震装置包括：第一缓冲活塞构件和第一相对构件，其限定配合结构的缓冲腔并包含液压流体，安装在用于在对应于在所述浮选体和相关的垂直静止主体之间的运动的范围的上端的预定区域中减震接合的相对位置，以及第二缓冲活塞构件和第二相对构件，其限定配合结构的缓冲腔并包含液压流体，安装在用于在对应于在所述浮选体和相关的垂直静止主体之间的运动的范围的下端的预定区域中减震接合的相对位置。所述第一缓冲活塞构件和所述第二缓冲活塞构件安装在所述相关的垂直静止主体的相对端，以及限定所述第一缓冲腔的相对构件和限定所述第二缓冲腔的相对构件安装到所述相关的垂直静止主体的上方和下方的浮选体的表面。
因此，本发明提供了一种改进的波能发电系统，其适于在浮力主体上以及在岸上操作单个或多个单元。有效和高效的密封(例如封闭的空气系统)可以设置在系统压缩机和/或系统压力调节器的移动元件之间，使用成对的滚动隔膜密封件，例如具有处于真空下的密封区域，或者使用圆形液体密封槽中的液体密封剂。从压缩机的相对腔室被交替输送的压缩空气被输送到压力调节器中，且压力调节器(其可以包括压力控制器和/或液压减振系统)又以相对恒定的压力将连续流压缩空气输送到空气涡轮机，用于驱动相关的发电机。还提供了用于容纳或适应因潮汐变化而改变水表面水位的系统。
下面参照附图及说明书对本发明的一个或多个实施方式的细节进行阐述。根据说明书和附图以及根据权利要求书，本发明的其他特征、目的和优点将是显而易见的。
附图说明
图1是本发明的波能发电系统的一个实施方式的示意图，而图1A是本发明的波能发电系统的另一实施方式的示意图。
图2是图1的发电系统的空气压缩机的示意侧视图，其中活塞安装到中心杆用于相对于气缸做垂直运动，活塞和气缸由减压的滚动隔膜密封在一起。
图3和3A分别是图2的空气压缩机的侧剖视图和顶剖视图，示出了相互接合的方轴和方孔，用于抵抗活塞相对于压缩机气缸的旋转运动，其中图3A是沿图3的线3A-3A截取的。
图4是本发明的单向阀组件的正视图，而图4A是沿图4的线4A-4A截取的单向阀组件的侧剖视图；图4B是沿图4的线4B-4B截取的单向阀组件的相对的板的区域的放大的侧剖视图；且图4C是单向阀组件的一个相对板的锥形密封面和密封件的另一放大的剖视图。
图5和图5A是替代夹紧装置的侧剖视图，用于例如将上滚动隔膜的内缘安装至活塞，以便在压缩机的体积内在活塞和气缸之间延伸。
图6是夹紧装置的类似的侧剖视图，用于再次将上滚动隔膜的外缘安装到气缸，以便在压缩机的体积内在活塞和气缸之间延伸。
图7是穿过气缸壁的真空入口的侧剖视图，用于对由上下滚动隔膜所界定的、活塞与气缸之间的区域进行减压。
图8示出了滚动隔膜的顶部/外缘和底部/内缘的半径尺寸的样例计算。
图8A-1是圆柱形滚动隔膜的示意性透视图，而图8A-2至图8A-4分别是示意图，示出了形成圆柱形滚动隔膜的矩形片的面视图(图8A-2)；具有沿矩形片的顶部和底部边缘焊接的、例如由氨酯形成的挤出的珠元件的矩形片的端视图(图8A-3)；以及下边缘区域沿周向拉伸并且卷到内表面(图8A-4)上以形成滚动隔膜的气缸的剖视图。
图9和9A是侧视图和顶剖视图，示出了例如图1的发电系统的压力调节器(且同样用于压缩机)的方轴和方孔的相互接合，用于抵抗浮力活塞相对于调节器罐的旋转运动。图9B是穿过罐壁的真空入口的侧剖视图。
图10是本发明的波能发电系统的另一实施方式的示意图，而图10A和10B分别是沿图10的线10A-10A和10B-10B所截取的波能发电系统的示意性顶视图。
图11和图11A分别是用于例如用于波能发电系统的压缩机、压力调节器和中性浮力活塞的平侧面(例如正方形或长方形)垂直杆的相对滚子组件引导系统的顶视图和侧视图。
图12是本发明的另一波能发电系统的海岸线安装的示意性侧截面图。
图13是图12的波能发电系统的海岸线安装的多个元件的可扩张装置的示意性俯视图。
图14是用于图12的波能发电系统的海岸线安装的另一实施方式的空气压缩机的示意性侧视图，配备有替代的液体密封装置和潮汐调整机构。
图14A是图14的空气压缩机的分解视图，图14B和14C、图14D和14E以及图14F和14G分别是图14的空气压缩机的压缩机顶部室元件、压缩机中间活塞元件、以及压缩机基部室元件的顶视图和底视图。
图15是用于图12的波能发电系统的海岸线安装的另一实施方式的空气压缩机的示意性侧视图，配备有浮动罐形式的替代潮汐调整机构。
图16是用于图12的波能发电系统的海岸线安装的另一实施方式的空气压缩机组件的示意性侧视图，配备有由空气压力提升和降低的中性浮力活塞形式的替代潮汐调整机构，并且使用图14和14A的替代液体密封装置。
图16A是用于图16的波能发电系统的海岸线安装的实施方式的空气压缩机组件的示意性侧视图，使用另一替代的液体密封装置。
图17是图16的波能发电系统海岸线安装的另一实施方式的示意性侧视图，图17A至17H表示用于图17的代表性空气压缩机和潮汐调整机构组件的样例计算。
图18是图1的发电系统的空气压缩机的另一实施方式的侧剖视图，具有用于空气流进和流出压缩机气缸的导管。
各个附图中相同的附图标记指代相同的元件。
具体实施方式
参照图1等，本发明的波能发电系统10具有锚定到海底S的大浮动浮标12，其具有的直径为D，例如约十五英尺(4.6米)。圆柱形壁14在浮标12下方延伸来限定紧密配合室16。该室壁在中性浮力活塞20的上方和下方限定多个开口水流孔18，该中性浮力活塞以相对垂直静止位置定位在窄塞孔22的区域中。
浮动浮标12的上主体部分24限定室26，其内布置有用于转换波能来产生电力的系统10的部件，包括空气压缩机28、压力调节器30、封闭的空气储存器32、以及空气涡轮机和发电机组34。
简要地说，海洋表面波浪W的运动使浮标12上升和下降，而中性浮力活塞20保持相对垂直静止。空气压缩机28具有封闭的罐或气缸36，其在室26内被固定地安装到浮动浮标12，并且还响应于海浪的运动而随浮动浮标的运动上升和下降。气缸36限定压缩机室38，其内设置有压缩机活塞40。该压缩机活塞被安装到中心杆42，其在其下端连接到保持相对垂直静止(即相对于浮动浮标和压缩机气缸的上升和下降波动)的中性浮力活塞20。
同样参照图2、3和3A，中心杆42在其上端43容纳在气缸36顶部的封闭管44内以提供空气密封。杆端43和管44的截面均可以是方形，从而抵抗活塞40相对于气缸36旋转。中心杆42的下端45延伸通过气缸36底部的管46。该下管46是开放的，但设置有水和空气密封(例如，参见下文参照图10和16描述的空气密封的替代装置)。在一个实施方式中，当系统处于静止状态时例如在平静的条件下，压缩机活塞40具有的垂直高度HP为4英尺6英寸(1.37米)，从压缩机气缸36的顶端和底端的垂直间隙HC例如为4英尺(1.22米)，压缩机室具有的高度ΗT例如为12英尺6英寸(3.81米)。还可以提供液压减震器(如下所述，例如参照图10)来抵抗压缩机活塞40与气缸36的顶端和底端的不利冲击，例如在比较严重的恶劣天气期间。
压缩机活塞40相对于压缩机气缸室38的运动，即压缩机活塞在压缩机室内的往复垂直运动，交替地轮流压缩包含在压缩机气缸36的室38的上室部38A和下室部38B内的空气的体积。处于压缩下的室部内的空气的体积通过单向阀50或51(例如，具有+3英寸(+7.6厘米)W.C.开启压力)经由压缩空气管道48输送到压力调节器罐60的下室56中(或者经由管道148(在图1中以虚线示出)直接到空气涡轮机和发电机组34的空气涡轮62)。同时，来自封闭空气储存器32的柔性气囊124的空气和/或通过空气泵58从空气涡轮机和发电机组34的空气涡轮62泵送的用过的空气可以通过单向阀53或54(例如，同样具有+3英寸(+7.6厘米)W.C.开启压力)经由空气入口管道52被输送到压缩机气缸36的相对的室部中。在另一实施方式中，如图1A所示，来自封闭空气储存器32的柔性气囊124的空气和/或通过空气泵58泵送的外部环境空气可以被输送到空间26中或者从中被输出来匹配外部大气压力。另外，“房间”空气随着活塞40的每个吸入行程流过单向阀53或54(例如，同样具有+3英寸(+7.6厘米)W.C.开启压力)，且环境空气响应于气囊124内的空气运动振荡进出气囊罐32内的空间130。
参照图4、4A、4B和4C，在一个实施方式中，上述的单向阀组件50、51、53、54中的每个具有单向阀组件500的形式，其布置成用于控制空气流入和流出波能压缩机36。单向阀组件500包括例如铝制的相对的板502、504。板504安装成用于在双弹簧钢挠性组件506采用固定连接到轴508(例如1.5磅(0.9千克)被牢固地固定到板502的控制下相对于板502的往复闭开闭行程。各个相对的板502、504限定相对成组的交替、大致锥形(即v形横截面)的脊514和谷515，它们由相交的锥形表面形成，两者围绕相对板的轴线以等级直径的交替同心圆延伸，其中这些谷限定开放的空气流动区域516。例如，图4示出了限定板502的锥形脊表面514的外环，紧邻的内环与空气流动区域512限定锥形谷区域。同样参照图4B，示出了限定板502的空气流动区域516的交替的锥形脊514的环和谷515的环与限定相对的板504的空气流动区域516的相应交替的锥形脊514的环和锥形谷515的环的关系。同样参照图4C，聚氨酯片518的柔性冲切环(例如，80硬度薄片钢冲切)安装在板504与锥形脊514的环之间(例如通常在板504的平面中)，其中每个冲切环的内外边缘的相对顶端暴露超出脊的相邻表面至在相对的锥形脊514和锥形谷516的表面接触之前与相对板502的相对谷区域515的相对环的相对表面接触的位置。根据单向阀组件处于关闭状态时(例如如图4A的截面4A-4A所示)对于良好密封的要求，这种布置将始终控制相对的板502、504的平行表面光滑度。根据所支撑的负载和阀行程间隙VT要求(例如0.562英寸(1.43厘米)的阀打开间隙和0.000英寸(0.00厘米)的阀关闭间隙)，双弹簧钢挠性组件506的挠性件520被设计成提供至少20年的连续操作。在即时组件设计中不存在滑动表面引导避免了需要润滑。该组件设计还包括可调节的压缩弹簧522，其定位在挠性组件506和移动阀盘504之间的轴连接508上，以将阀开启点调整到所需的压力差。开启压力弹簧调整还补偿移动板的重量，其旋转来补偿重力效应。仅通过举例，单向阀组件500在附图中示出具有直径为DM(例如16.000英寸(40.6厘米))的可动阀盘504(例如12.60磅(5.72千克))和直径为DF(例如15.250英寸(38.7厘米))的固定阀盘502。单向阀组件500具有例如等于9.41英寸(23.9厘米)直径管的69.64平方英寸(449.30平方厘米)的总开口面积，即用于空气流过板502、504的连通开口区域(由图4A中的箭头P表示)(例如，圆周区域R具有18.41平方英寸(118.8平方厘米)的单个开口；圆周区域R1总共具有26.07平方英寸(168.19平方厘米的八个开口)；圆周区域R2总共具有16.94平方英寸(109.29平方厘米)的八个开口；且圆周区域R3总共具有8.22平方英寸(53.03平方厘米)的八个开口)。要理解的是，还可以考虑其它直径(例如直径为24英寸(61.0厘米))的单向阀组件，并且可以根据本发明来实现。
同样参照图2、5、5A和6，上部和下部柔性滚动隔膜64、66(例如0.030英寸(0.76毫米)厚的聚氨酯)分别安装成在压缩机活塞40与压缩机气缸36的壁37之间延伸。例如，参照图5和5A，在第一实施方式中，滚动柔性隔膜64的内/底凸缘78接合在限定于活塞40的上壁表面中的凹槽80，并且通过螺栓84(示出了一个)与夹紧环82固定。在另一实施方式中，如图5A所示，滚动柔性隔膜64的内/底凸缘78接合在由螺栓90(同样示出了一个)固定的夹紧环86、88之间至活塞的表面。在图6中，滚动柔性隔膜64的外/顶凸缘79接合在由螺栓138(同样示出了一个)固定的夹紧环134、136之间，螺栓在由固定到压缩机气缸36的壁的接入板140限定的凹部中。再次参照图2，可以采用这些或其它夹紧环或者合适设计和操作的类似元件92来将上部和下部柔性滚动隔膜64、66的内/底凸缘78和外/顶凸缘79固定成分别与压缩机活塞40以及与压缩机气缸36密封接合。柔性滚动隔膜的外/顶凸缘还可以在非例如如图2所示的位置被固定至压缩机气缸。
滚动柔性隔膜64、66从而允许活塞40在气缸36内有效地几乎无摩擦地往复运动，而没有压力损失。由通过管道72作用且随后通过真空端口74(图7)和在压缩机气缸36的壁37中的真空分配孔76(图3)作用的真空泵70保持在-6英寸(-15.2厘米)W.C.的、由气缸36的壁37与活塞40的相对表面之间的柔性隔膜64、66限定的密封区域68用于在吸入行程期间抵抗滚动隔膜密封的崩溃。其还维持密封形状，例如当系统气压在海上风平浪静时下降到大气条件时。使用柔性滚动隔膜64、66还省去需要保持成紧密尺寸公差的机加工表面。例如，压缩机28(和压力调节器30)的表面和公差可能只需要是通常产生于类似尺寸的地上储罐的制造中的那些，真空空间间隙C(图5)(例如2英寸(5.1厘米))可以保持在压缩机气缸36的相对表面和活塞40之间。可以在图8中看出滚动隔膜的内(或底)凸缘78与外(或顶)凸缘79的半径尺寸的样例计算。
参照图8A-1至8A-4，在另一实施方式中，圆柱形滚动隔膜160(图8A-1)由例如聚氨酯或其它合适材料制成的矩形片162形成，通过沿着顶部和底部边缘168、170(图8A-2(正视图)和图8A-3(端视图))进行超声波焊接来接合例如同样由聚氨酯制成的挤压上下胎圈元件164、166。相对的侧边缘172、174例如通过超声波焊接而接合来形成圆柱形状(例如，侧边缘172、174约48英寸(130厘米)，且片162的宽度(即沿着顶部和底部边缘168、170)被选择成形成的圆柱具有的直径等于压缩机活塞40(图2)的直径)。上边缘(区域176，图8A-4)然后沿周向拉伸用于连接到室壁(相对着活塞气缸)，而下边缘(区域178，图8A-4)向内卷起用于连接到活塞的壁，从而形成滚动隔膜(例如如图2所示)。
下面参照图1、9和9A，在压力调节器罐60的下室56中，来自压缩机28的压缩空气由浮动或屋顶活塞94保持在处于压力下，该活塞在调节器罐60内安装在垂直杆98上。活塞94被固定地安装到该杆，从而抵抗压缩空气通过活塞94和杆98之间的任何孔从下部室泄漏。调节器罐垂直杆由上下轴承支撑件并且由球面滚子轴承96支撑。压力调节器罐的下部室内的压力的水平通过调节可变体积压载水舱100中的水的体积即重量而被控制，其通过水管道104和软管106(其被示出卷绕成容纳浮动活塞94的垂直运动)由水泵102输送至活塞94或从中移除，促进以相对恒定的压力输出连续流的压缩空气。
浮动活塞在内部(未示出)受到阻挡，以抵抗压载舱100内的水随着浮动浮标12因波浪作用来回摇晃而晃动。这种布置有助于确保不均匀向下的力不会有害地影响用于浮动活塞94的球面滚子轴承支撑件96的性能。如在压缩机28的情况下，垂直杆98的一端例如上端和限定在调节器罐(图9B)顶部的相应的接收孔99的横截面都可以是方形的，从而抵抗浮动活塞94相对于调节器罐60旋转。
用于限制浮动活塞94不希望垂直振荡并且保持以相对恒定压力输出连续流压缩空气的液压减振系统105包括双作用活塞107。该活塞与浮动活塞联接，并且响应于浮动活塞的垂直速度，用于控制至双作用活塞107的每一侧的液压流体的流率。这种布置还促进以相对恒定压力输出连续流压缩空气。
参照图9、9A和9B，如在空气压缩机28的情况下，有效且高效的密封由允许活塞94在调节器罐60内进行高效几乎无摩擦往复运动而没有压力损失的滚动柔性隔膜108、110保持在浮动活塞94和压力调节器罐60的相对壁之间。由通过管道72作用且随后通过真空端口114、真空分配器116中的流动通道115以及调节器罐60的壁中的真空分配孔117(图9和9B)作用的真空泵70保持在-6英寸(-15.2厘米)W.C.的、由气缸60的壁与活塞94的相对表面之间的柔性隔膜108、110限定的密封区域112。该真空状态(例如-6英寸(-15.2厘米)W.C.)在滚动隔膜之间。活塞94提供+28英寸(+71.1厘米)W.C.压力于管道和调节器的空间56中的空气上再加上连接到空气涡轮机和发电机组34。真空下的操作用于抵抗活塞运动期间滚动隔膜密封的崩溃，并且还保持密封形状，例如当系统空气压力下降到大气压条件比如海上风平浪静时。如上所述，使用柔性滚动隔膜108、110还省去需要保持成紧密尺寸公差的机加工表面，因为表面和公差可能只需要是通常产生于类似尺寸的地上储罐的制造中的那些。
压力调节器罐60的上室118与封闭空气储存器32的柔性气囊124通过管道119连接到封闭的空气系统区域132，或者如上面参照图1A所述，在另一实施方式中，管道119可以是开放的，以接收从浮动浮标12的主体内抽取的室内空气。该布置允许空气流进和流出室118，以容纳浮动活塞94在压力调节器罐60内垂直运动，同时保持环境压力于罐的上室中。
当每次从压缩机28输出的压缩空气变为零时，压缩机活塞40随波的运动而反向，压力调节器30在恒压下从压力调节器罐60的下室56输送连续流压缩空气，以驱动空气涡轮机和发电机组34中的空气涡轮62旋转，以驱动发电机120来产生电力通过合适的海底电缆(未示出)被输送到岸上的电力网。在优选的实施方式中，空气涡轮62可以配备有可膨胀环形节流阀用于速度控制，且联接的发电机120可以具有可变的负荷控制或来自电网连接的电激励。
与管道122连通的空气泵58从柔性气囊124抽取用过的空气或者将环境空气输送到封闭系统空气储存器32的气囊来维持所需的系统压力。封闭系统中的空气的总体积保持相对恒定；然而，空气的总质量通常取决于被选择以驱动涡轮机的操作压力而变化。据预计，操作压力会在+6英寸(+15.2厘米)W.C.和+28英寸(+71.0厘米)W.C.之间变化。当系统启动且+6英寸(+15.2厘米)W.C.的压力由压力调节器30选择和控制时，外部空气必须添加到该系统来弥补被压缩到6+英寸(+15.2厘米)W.C.水平的空气的体积。对于+6英寸(+15.2厘米)W.C.下的每100立方英尺(2.83立方米)的空气来说，空气泵58必须注入大气压力下的1.5立方英尺(4.2×10-2立方米)的空气，以保持大气压力于涡轮62的排出侧上。所选择的每个额外的+4英寸(+10.2厘米)W.C.增加将需要1.0立方英尺(2.8×10-2立方米)的空气被泵入系统。相反，系统必须将空气从系统抽取，以在气压下降时保持内部压力等于大气压力。上升气压将发出的信号是需要泵送额外的空气来维持与大气压相差所需的±1英寸(2.5厘米)W.C.。柔性气囊124提供可膨胀储存器，以便临时储存用于封闭空气系统的空气体积。这样，封闭体积的空气(例如，已被处理例如干燥或润滑的空气)可以得到保存并且通过重复循环使用。相反，响应于柔性气囊124的封闭空气系统区域132的体积的变化通过环境空气孔和过滤器128流进和流出的、气囊124外部的空气储存罐126的环境空气区域130中的空气可以从大气中抽取，例如来自浮动浮标12的主体内的空气，如上面参照图1A所述，并且未经预处理而被使用。
再次参照图1等，如上所述，本发明的波能发电系统10可以安装在锚定到海底的大型浮标12中。圆柱形壁14在浮标下延伸来限定紧密配合室16。
浮动浮标室24搁置于海洋表面O，优选的是位移X例如约为6英寸(15.2厘米)，以提供力用于将压缩机28中的空气压缩到+28英寸(+71.1厘米)W.C.。海洋表面波浪W的运动使浮动浮标12上升和下降。安装到室26内的浮动浮标的空气压缩机气缸36响应于海浪的运动而随着浮动浮标的运动同样上升和下降，同时压缩机气缸室38内的且安装至连接到中性浮力活塞20的中心杆45的压缩机活塞40保持相对垂直静止。
压缩机气缸室38相对于压缩机活塞40的运动，即压缩机活塞在压缩机室内的往复垂直运动轮流交替地压缩包含在压缩机气缸的上室38A和下室38B内的空气的体积。处于压缩的室内的空气的体积经由压缩空气管道48通过单向阀50或51被输送到压力调节器罐60的下室中。同时，柔性气囊124内的来自封闭空气储存器132的空气和从空气涡轮62排出的连续空气流通过单向阀53或54经由管道52被输送到压缩机气缸的相对室中，或者在上文参照图1A所述的另一实施方式中，柔性气囊124内的空气储存器和从空气涡轮62排出的连续空气流可以作为室内空气被直接输送到由浮动浮标12的主体限定的开放室中。限定封闭区域68保持在-6英寸(-15.2厘米)W.C.的、安装在压缩机活塞40和压缩机气缸36的壁之间的柔性滚动隔膜64、66允许活塞在气缸内有效地几乎无摩擦地往复运动，而没有压力损失。保持由压缩机气缸或罐36的壁与活塞40的相对表面之间的柔性隔膜64、66限定的区域处于真空用于在吸入行程期间抵抗密封的崩溃，并且还维持密封形状，例如当系统气压比如在海上风平浪静时下降到大气条件时。使用柔性滚动隔膜还省去需要保持成紧密尺寸公差的机加工表面。例如，表面和公差可能只需要是通常产生于类似尺寸的地上储罐的制造中的那些。
在压力调节器罐60中，来自压缩机28的压缩空气通过浮动或屋顶活塞94而在压力下保持在下室部56中，该活塞通过垂直杆98上的球面滚子轴承96安装在调节器罐60内。调节器罐60的下室部56内的压力水平通过调节水压载的容积即重量而被控制，其通过管道104和软管106(其卷绕成容纳浮动活塞94的垂直运动)由水泵102的操作被输送至活塞94中可变容积压载水舱100或从中移除。浮动活塞94在内部受到阻挡，以抵抗压载舱内的水随着浮动浮标因波浪作用来回摇晃而晃动。这种布置有助于确保不均匀向下的力不会有害地影响用于浮动活塞的球面滚子轴承支撑件96。如在压缩机中，有效且高效的密封由滚动柔性隔膜108、110保持在浮动活塞94和罐60的壁之间，安装在浮动活塞94与压力调节器罐60的壁之间的柔性隔膜之间的区域112由通过管道72、真空端口74、以及真空分配孔76作用的真空泵70保持在-6英寸(-15.2厘米)W.C.。这种真空条件允许活塞在罐内高效地几乎无摩擦地往复运动，而没有压力损失，并且不需要保持成紧密尺寸公差的机加工表面。压力调节器罐60的上室部118通过管道119连接到柔性气囊124的封闭系统空气区域132，从而允许(处理过的)空气流进和流出室以容纳浮动活塞94在调节器罐60内的垂直运动，同时保持环境压力于调节器罐的上室118中。
当每次从压缩机28输出的压缩空气变为零时，压缩机活塞40随波的运动而反向，压力调节器30在恒压下从压力调节器罐60的下室56输送连续流压缩空气。连续流压缩空气驱动空气涡轮62与可膨胀环形节流阀用于速度控制，其联接到发电机120，具有可变负荷控制，用于产生电力通过合适的海底电缆(未示出)被输送到岸上的电力网。
下面对本发明的波能发电系统的进一步实施方式进行说明。本领域普通技术人员要理解的是，相对于这些实施方式中的一个或多个的、在本发明中所描述的某些改进和修改还可以很容易地被实施和/或适于与所描述的实施方式中的其他的类似优点一起使用。
例如，下面参照图10等，在另一实施方式中，本发明的波能发电系统610具有锚定到海底S的大型浮动浮标612，其具有的直径D2例如约为十五英尺(4.57米)。圆柱形壁614在浮标12下方延伸来限定紧密配合室616。圆柱形壁具有的直径CD2例如约为72英寸(1.83米)，高度CH2例如约为30英尺(9.14米)。室壁限定了多个开口水流孔618，例如八个等间隔孔，每个的直径为15英寸(0.38米)于中性浮力活塞620上方，定位在相对垂直静止位置，在中性浮力罐622中于安装在内圆柱形壁625上的窄孔环623的区域中。
浮动浮标612的上主体部分624限定封闭室626，其内布置有用于转换波能来产生电力的系统610的部件，包括空气压缩机628、压力调节器630、以及空气涡轮机和发电机组634。
简要地说，如上所述，海洋表面波浪W的运动使浮动浮标612上升和下降，而中性浮力活塞20保持相对垂直静止。空气压缩机28具有封闭的罐或气缸636，具有的直径例如148英寸(3.76米)且壁厚例如0.500英寸(12.7毫米)，其在室626内被固定地安装到浮动浮标612，并且还响应于海浪的运动而随浮动浮标的运动上升和下降。气缸636限定压缩机室638，其内设置有压缩机活塞640。该压缩机活塞被安装到中心方杆642，其在其下端连接到保持相对垂直静止(即相对于浮动浮标和压缩机气缸的上升和下降波动)的中性浮力活塞620。
还参照图10A和10B并且还参照图11和11A，中心方形杆642在其上端643分别穿过两组相对的上滚子850、850'和852，852'，它们安装在室860中与压缩室638连通并且在其上方凹陷，设置成用于与中心平面侧例如方形杆的相对的外表面接合，而中心方杆的上端643容纳在气缸636顶部的封闭管或壳体664内，其延伸93英寸(2.36米)，以在其运动范围的上端提供间隙用于所述杆的上端，并且还提供空气密封。在本实施方式中，第一对相对的滚子850、850'的外径是8英寸(20.3厘米)，宽度为8英寸(20.3厘米)，聚氨酯覆盖层862的厚度例如为0.5英寸(1.3厘米)。滚子在1.5英寸(3.8厘米)直径的轴866上安装在球面滚子轴承块864上。第二对相对的滚子852、852'(主要用于向中心方形杆提供引导)的外径也是8英寸(20.3厘米)，聚氨酯覆盖层的厚度为0.5英寸(3.8厘米)并安装在球面滚子轴承块上。第二对相对的滚子的宽度可以选择成向杆提供充分的引导，同时还允许一定的间隙用于第一对相对的滚子与中心方形杆642的相对表面接合。杆端643和壳体644同样优选的是横截面为方形。滚子组被设计且构造成采用仅最小的维护用于扩展服务，并且用于抵抗活塞640相对于气缸636的转动。中心方形杆642的下端645还延伸通过两组下相对的滚子(通常表示为854、854')，它们类似地安装，即在压缩室下方凹陷的室861中，并且分别设置成用于与中心方形杆642接合，然后穿过延伸到室626底部的壳体646。下管或壳体646的上端在上端(至压缩机室的下表面)并且在下端(至浮动浮标的内表面)的气密和水密连接之间延伸，从而抵抗水泄漏到浮动浮标室626中，而加压到围绕中心方形杆642的壳体646端部的气缸614中的水压提供气密密封用于压缩机604的室。
在一个实施方式中，当系统处于静止例如风平浪静的条件下，压缩机活塞640从压缩机气缸636的顶端和底端中的每个具有的垂直高度HP2例如为43.4英寸(1.10米)，垂直直间隙HC2例如为40.3英寸(1.02米)，且压缩机室具有的高度HT2例如为10英尺4英寸(3.15米)。此处及整个本发明中的所有尺寸仅通过示例提供。
中心方形杆的下端645延伸通过中性浮力活塞620的上方和下方的、安装到紧密配合气缸614的内表面的上下缓冲气缸872、874。每个缓冲气缸872、874分别限定腔873、875，它们面向中性浮力活塞620的相对的端部，并且中性浮力活塞分别限定上下轴向缓冲活塞876、877，它们从其顶部和底部端面延伸。每个缓冲活塞876、877的尺寸和形状确定成对应于例如紧密配合与相对的缓冲腔873、875接合，例如当包含压缩室638并包括向下悬垂的圆柱形室614的大型浮动附表612随波浪作用上升和下降时，使流体(海水)的不可压缩的液压作用由接近的缓冲活塞876、877困在缓冲腔873、875内来充当液压缓冲器，由此缓冲并制动缓冲气缸872、874(带有连接的浮标和压缩室)相对于缓冲活塞876、877(带有连接的中心方形杆642和中性浮力活塞620)的相对移动，从而最大限度地减少潜在破坏移动元件在其间的运动范围的两端的接合。
在一个实施方式中，中性浮力活塞620具有的直径为60英寸(1.52米)，高度为79英寸(2.01米)。周围气缸614的总高度为30英尺(9.14米)，在静止即风平浪静期间在活塞的上方和下方提供134英寸(3.40米)的间隙。系统610的位移即X是36英寸(0.91米)。
如上所述，压缩机活塞640相对于压缩机气缸室638的运动，即压缩机活塞在压缩机室内的往复垂直运动，交替地轮流压缩包含在压缩机气缸636的室638的上室部638A和下室部638B内的空气的体积。处于压缩下的室部内的空气的体积通过单向阀650(例如，参见图4等)经由压缩空气管道648输送到压力调节器罐660的下室656中(或者直接到空气涡轮机和发电机组34)。同时，来自空气储存器632的空气和/或通过空气泵(例如，空气泵58，如参见图3)从空气涡轮机和发电机组634的空气涡轮662泵送的用过的空气通过单向阀654经由空气入口管道652被输送到压缩机气缸636的相对的室部中。
还参照图9等，上下柔性滚动隔膜(例如0.030英寸(0.76毫米)厚的聚氨酯)安装成在压缩机活塞640和压缩机气缸636的壁637之间延伸(例如上面参照图5和图5A所述)。滚动柔性隔膜从而允许活塞640在气缸636内有效地几乎无摩擦地往复运动，而没有压力损失。由例如通过管道作用且随后通过真空端口674(图7)和在压缩机气缸636的壁637中的流动通道上延伸的真空分配孔(例如，在流动通道77上延伸的真空分配孔76，如参见图3)作用的真空泵保持在-6英寸(-15.2厘米)W.C.的、由气缸636的壁637与活塞640的相对表面之间的柔性隔膜限定的密封区域用于在吸入行程期间抵抗滚动隔膜密封的崩溃。其还维持密封形状，例如当系统气压在海上风平浪静时下降到大气条件时。使用柔性滚动隔膜还省去需要保持成紧密尺寸公差的机加工表面。例如，压缩机628(和压力调节器630)的表面和公差可能只需要是通常产生于类似尺寸的地上储罐的制造中的那些，真空空间间隙C(图5)(例如2英寸(5.1厘米))可以保持在压缩机气缸636的相对表面和活塞640之间。
仍参照图10等，在压力调节器罐660的下室656中，来自压缩机628的压缩空气由浮动或屋顶活塞694保持在处于压力下，该活塞在调节器罐60内安装在垂直杆698上。活塞94被固定地安装到该杆，从而抵抗压缩空气通过活塞694和杆698之间的任何孔从下部室泄漏。垂直方形杆698分别由上下组相对的滚子880、882引导在压力调节器罐360内，类似于上面参照中心方形杆642所讨论，安装在室中与压力调节器罐660连通并且在其上方和下方延伸。垂直方形杆698的上端和下端分别延伸到上下封闭的壳体884、886中，它们的尺寸被确定成避免潜在破坏接触垂直方形杆，例如在行程的上下极端。上下组相对的滚子880、882也被构造成抑制调节器气缸的行程，以尽量减少潜在破坏气缸与罐660的表面的接触。上下壳体884、886还可以配备有阻尼装置，例如用于的目的是减少和/或尽量减小损坏恶劣天气期间移动元件的接合。例如，液压缓冲装置，如上文相对于中性浮力和压缩机活塞所述，虽然密封抵抗液压流体渗入室空间将是问题。在可替代的实施方式中，贝氏弹簧垫圈叠层可以用于制动板装置，和/或可以用作安全保持架，例如安装成通电时保持在收缩状态并且在释放或断电时接合。
压力调节器罐的下部室内的压力的水平通过调节可变容积压载水舱700中的水的容积即重量而被控制，其通过水管道和软管(其被示出卷绕成容纳浮动活塞664的垂直运动)由水泵输送至活塞694或从中移除，促进以相对恒定的压力输出连续流的压缩空气。
浮动活塞在内部(未示出)受到阻挡，以抵抗压载舱700和浮动活塞694内的水随着浮动浮标612因波浪作用来回摇晃而晃动。这种布置有助于确保不均匀向下的力不会有害地影响用于浮动活塞694的球面滚子轴承支撑件880、882的性能。用于限制浮动活塞694不希望垂直振荡并且保持以相对恒定压力输出连续流压缩空气的液压减振系统705包括双作用活塞886(图10)。该活塞与浮动活塞联接，并且响应于浮动活塞的垂直速度，用于控制至双作用活塞886(图10)的每一侧的液压流体的流率。这种布置还促进以相对恒定压力输出连续流压缩空气。
在一个实施方式中，当系统处于静止例如风平浪静的条件下，压缩机活塞694从调节器630的顶端和底端中的每个具有的高度为41.4英寸(1.05米)，垂直直间隙为36.3英寸(0.92米)，且调节器室具有的高度为114英寸(2.90米)。
参照图9、9A和9B，如在空气压缩机628的情况下，有效且高效的密封由允许活塞694在调节器罐60内进行高效几乎无摩擦往复运动而没有压力损失的滚动柔性隔膜保持在浮动活塞694和压力调节器罐660的相对壁之间。由通过管道作用且随后通过真空端口、真空流动通道以及调节器罐的壁中的真空分配孔117作用的真空泵保持在例如-6英寸(-15.2厘米)W.C.的、由气缸的壁与活塞的相对表面之间的柔性隔膜限定的密封区域。该-6英寸(-15.2厘米)W.C.真空在滚动隔膜之间。活塞提供例如+28英寸(+71.1厘米)W.C.压力于管道中和压力调节器内的空气上，再加上连接到涡轮机。真空下的操作用于抵抗活塞运动期间滚动隔膜密封的崩溃，并且还保持密封形状，例如当系统空气压力下降到大气压条件比如海上风平浪静时。如上所述，使用柔性滚动隔膜还省去需要保持成紧密尺寸公差的机加工表面，因为表面和公差可能只需要是通常产生于类似尺寸的地上储罐的制造中的那些。
与上面描述的本发明的实施方式相反，压力调节器罐660的上室718和气囊罐632的气囊区域开放于浮动室612内部的空间626。
当每次从压缩机628输出的压缩空气变为零时，压缩机活塞640随波的运动而反向，压力调节器630在恒压下从压力调节器罐660的下室656输送连续流压缩空气，以驱动空气涡轮机和发电机组634中的空气涡轮662旋转，以驱动发电机720来产生电力通过合适的海底电缆(未示出)被输送到岸上的电力网。在优选的实施方式中，空气涡轮362可以配备有可膨胀环形节流阀用于速度控制，且联接的发电机720可以具有可变的负荷控制或来自电网连接的电激励。
再次参照图10等，如上所述，本发明的波能发电系统610可以安装在锚定到海底的大型浮标612中。圆柱形壁614在浮标下方延伸来限定紧密配合室616。
浮动浮标室624搁置于海洋表面O，优选的是位移X例如约为36英寸(91.4厘米)。海洋表面波浪W的运动使浮动浮标612上升和下降。安装到室626内的浮动浮标的空气压缩机气缸636响应于海浪的运动而随着浮动浮标的运动同样上升和下降，同时压缩机气缸室638内的且安装至连接到中性浮力活塞620的中心杆642的压缩机活塞640保持相对垂直静止。
压缩机气缸室638相对于压缩机活塞640的运动，即压缩机活塞在压缩机室内的往复垂直运动轮流交替地压缩包含在压缩机气缸的上室638A和下室638B内的空气的体积。处于压缩的室内的空气的体积经由压缩空气管道648通过单向阀650被输送到压力调节器罐660的下室中。同时，来自气囊罐632的空气和从空气涡轮662排出的连续空气流通过单向阀654经由管道652被输送到压缩机气缸的相对室中。限定封闭区域(例如区域68，参见图2)保持在例如-6英寸(-15.2厘米)W.C.的、安装在压缩机活塞640和压缩机气缸壁637之间的柔性滚动隔膜(未示出)允许活塞在气缸内有效地几乎无摩擦地往复运动，而没有压力损失。保持由压缩机气缸或罐636的壁与活塞640的相对表面之间的柔性隔膜限定的区域处于真空用于在吸入行程期间抵抗密封的崩溃，并且还维持密封形状，例如当系统气压比如在海上风平浪静时下降到大气条件时。使用柔性滚动隔膜还省去需要保持成紧密尺寸公差的机加工表面。例如，表面和公差可能只需要是通常产生于类似尺寸的地上储罐的制造中的那些。
在压力调节器罐60中，来自压缩机628的压缩空气通过浮动或屋顶活塞694而在压力下保持在下室部656中，该活塞通过垂直杆698上的球面滚子轴承支撑件(未示出)安装在调节器罐660内。调节器罐660的下室部656内的压力水平通过调节水压载的容积即重量而被控制，其通过管道和软管(例如上文参照图1、9和9A所述)由水泵的操作被输送至活塞694中的可变容积压载水舱或从中移除。浮动活塞694在内部受到阻挡，以抵抗压载舱内的水随着浮动浮标因波浪作用来回摇晃而晃动。这种布置有助于确保不均匀向下的力不会有害地影响用于浮动活塞的球面滚子轴承支撑件。如在压缩机中，有效且高效的密封由滚动柔性隔膜保持在浮动活塞694和罐660的壁之间，安装在浮动活塞与压力调节器罐的壁之间的柔性滚动隔膜之间的区域由通过管道、真空端口、流动管道、以及真空分配孔作用的真空泵保持在例如-6英寸(-15.2厘米)W.C.。这种真空条件允许活塞在罐内高效地几乎无摩擦地往复运动，而没有压力损失，并且不需要保持成紧密尺寸公差的机加工表面。压力调节器罐660的上室部开放于浮动浮标室626。
当每次从压缩机628输出的压缩空气变为零时，压缩机活塞640随波的运动而反向，压力调节器630在恒压下从压力调节器罐660的下室656输送连续流压缩空气。连续流压缩空气驱动空气涡轮662与可膨胀环形节流阀用于速度控制，其联接到发电机120，具有可变负荷控制，用于产生电力通过合适的海底电缆(未示出)被输送到岸上的电力网。
在另一实施方式中，本发明的波能发电系统具有封闭的海岸线安装的形式，如图12和13所示，下面对此进行说明。
特别地，海岸线安装200的空气压缩机228定位在切入到岸204例如花岗岩岸中的垂直气缸202的上方。第一或下水平连接通路206(在图15中可以更清楚地看出)在低潮SL在海面以下的水平被切入到岸中，第二或上水平连接通路208在高潮SH在海面以上的水平被切入到岸中。下通路206允许海水SW进入和退出垂直气缸202，响应于波浪W对海岸的作用来提升和降低垂直气缸SI中的水的水平。随着内部海水表面上下垂直移动，上通路208允许空气A自由流进和流出气缸202。
大致定位在垂直气缸202上方的空气压缩机228包括安装在岸上并且限定压缩室238的固定压缩机罐结构236。压缩机活塞240设置在室238内并且安装在中心杆242上，其穿过空气和水密封243以连接到垂直气缸202中的浮选体229。浮选体229通过增加随垂直气缸202内的上升波浪海水水面位移的水的深度来施加力于压缩机活塞240上。通过减小随垂直气缸202内的下降波浪海水水面位移的水的深度来使该力反向拉下于压缩机活塞240上。
如上所述(例如，参照图2)，压缩机228使用滚动柔性隔膜密封件264、266于垂直移动的压缩机活塞240和固定的压缩机罐228之间来容纳潮汐对浮选体229的位置的作用。如上文所述，限定在柔性隔膜264、266之间的密封区域268优选地保持在-6英寸(-15.2厘米)W.C.，以在活塞240在室238内的上下压缩冲程期间控制滚动隔膜。
再次如上所述并且具体参照图1和2，在本发明的波能发电系统的封闭海岸线安装201的操作期间，清洁干燥空气(例如来自外部源AC(图15和16))在吸入冲程期间经由封闭管道和单向阀系统252、254(图13)被依次输送到室238的上部和下部的每个中。清洁干燥空气然后在压缩冲程期间被压缩，并且经由封闭管道和单向阀系统248、250(图13)被输送到恒压调节器罐230(图13)中。压缩机活塞240的每个冲程在处于压缩行程的压缩室部中产生例如约+24英寸(+61.0厘米)W.C.的压缩或压力PC(仅例如，活塞240被示出在向下压缩冲程，如箭头F所示)，并且在处于吸入行程的压缩室部中产生例如约-3英寸(-7.6厘米)W.C.的吸力或真空VC。在所述的系统的一个实施方式中，活塞240移过的垂直距离等于空气柱高度的约百分之六(6％)，以发展+28英寸(+71.1厘米)W.C.的压力(其中1个大气压约等于+406.8英寸(+1033.2厘米)W.C.)。
再次参照图12，压缩机228的罐236的尺寸必须被确定成向活塞240提供足够的间隙高度(在活塞的上方和下方)，以允许活塞240相对于气缸236进行向上和向下的垂直运动。对于其中浮选体229被构造成具有固定量浮力的系统201的实施方式来说，活塞240具有的高度HP等于涨潮和退潮之间的差加上最大预期波浪高度的总和，而在活塞的上方和下方的额外间隙高度HC等于涨潮和退潮之间的差的二分之一加上最大波浪高度的二分之一的总和。压缩室的总高度HT因此是涨潮和退潮之间的差的两倍加上最大波浪高度的两倍的总和。
还参照图13，包括大量波能发电系统201的系统200可以沿着岸204安装，每个在垂直切割气缸202(图12)的上方连接到下水平管206(图15)用于海水的流入和退出并且连接到上水平管208(图12)用于空气A的吸入和排出。每个系统201具有浮子驱动的压缩机228，其随着海浪W的作用而上升和下降，以经由多个恒定压力调节罐230或者经由合适单个非常大的压力调节器/储存罐(虚线暗示的261)提供压缩空气来驱动大涡轮262以驱动发电机220。封闭的空气系统包括管道248(带有单向阀250或500(例如参见图4、4A和4B))，其将压缩机228连接到压力调节器230，管道系统221将调节器连接到空气涡轮机/发电机组234，且管道252(具有单向阀254)将空气涡轮262连接到浮子驱动的压缩机228，用于返回清洁干燥的空气。
参照图14和14A，在本发明的波能发电系统的另一封闭的海岸线安装中，示出了液体槽密封装置304，例如用于代替上述(图12中)的滚动隔膜。在本实施方式中，空气压缩机328包括基部350、顶部360和中间活塞部370。基部350包括与直立圆柱形内壁354限定下压缩室部356的圆形开放式基圆柱形元件352和与内圆柱形壁354限定圆形液体密封槽390的直立圆柱形外壁358。顶部360包括与向下悬垂的圆柱形壁364限定上压缩室部366的倒置圆形开放式基圆柱形元件362。中间活塞部370包括限定活塞主体372的圆形封闭的中央圆柱形元件、与活塞主体的相对壁376限定液体密封槽392的直立圆柱形壁374、以及外向下悬垂的圆柱形外壁378。
还参照图14B至14F，基部350和中间活塞部370的尺寸被相互确定成且构造成允许活塞部370的向下悬垂的圆柱形壁378被接收到由基部350限定的液体槽390中，以与包含在其中的密封剂液体306密封接合，活塞主体372在向下压缩冲程中前进来压缩压缩室部356中的空气。顶部360和中间活塞部370的尺寸同样被相互确定成且构造成允许顶部360的向下悬垂的圆柱形壁3364被接收到由活塞部370限定的液体槽392中，以与包含在其中的密封剂液体306密封接合，活塞主体372在向上压缩冲程中前进来压缩压缩室部366中的空气。如上所述，基部350、顶部360和/或活塞部370之间的相对的往复垂直运动(例如，底部和顶部可以相对固定，活塞部相对于此移动，或者活塞可以固定，顶部和基部相对于此移动，或者还可以实施其它组合的相对移动)。
如上参照图1和2，在上或下压缩室的压缩冲程期间，压缩空气穿过居间管道248和单向阀250进入压力调节器罐，而空气通过管道252和单向阀254在吸力下被吸入相对的下或上压缩室中。这种装置使用由开放式的圆柱形壁364、378被居中地定位到其中的成对圆形液体槽390、392中的密封剂液体306提供的密封件304来提供将由压缩机活塞元件372的相对垂直运动产生的正或负压力与环境压力分隔的障碍。
液体密封的压缩机328与驱动浮选体329之间的垂直距离是可调节的，例如通过潮汐补偿调节机构310，使得潮汐海平面变化不会从根本上影响在压缩机活塞372的全部垂直行程以外由圆形液体槽390、392所需的深度。例如，压缩机活塞372的每个冲程在处于压缩冲程的压缩室部中产生例如约+28英寸(+71.0厘米)W.C.的压缩或压力PC(仅例如，活塞372同样被示出在向下压缩冲程，如箭头G所示)，并且在处于吸入行程的压缩室部中产生例如约-3英寸(-7.6厘米)W.C.的吸力或真空VC。其结果是，例如3英寸(7.6厘米)的最小液体密封高度LS需要在吸入冲程上，例如28英寸(70.1厘米)的最小液体密封高度LC需要在压缩冲程上。(这些最小液体密封高度用于具有约1.0的比重的基于水的和其他密封剂液体，并且可以调节用于其他比重的密封剂液体，例如，汞(下面作为可能的替代密封剂液体被提到)具有的比重为13.6，需要约0.2英寸(5.1毫米)的调节的最小液体密封高度LS于吸入冲程上和约1.5英寸(3.8厘米)的调节的最小液体密封高度LC于压缩冲程上)。
密封剂液体306被选择为具有相对低的蒸气压和高的比密度，再加上防冻特征，例如全都相比于新鲜或海水，以便减少完成密封所需的相差液面高度。合适的替代密封剂液体的示例是汞，但还可以采用其他合适的密封剂液体。
已经在上文对本发明的一些实施方式进行了描述。然而，要理解的是，可以在不脱离本方面的精神和范围的情况下进行各种修改。
例如，在图12的实施方式中所示的封闭的浮选体系统中，压缩机罐236必须具有大的垂直尺寸，以便适应两个潮汐高度(例如涨潮和退潮之间)和波浪高度(例如波峰和波谷之间)的相当大的变化。这个问题可以通过潮汐调整机构310处理，例如如图14所示，或者如下面参照图16所述。
还参照图15，在替代的实施方式中，水压载可以被加入到浮选体229'(例如，通过水泵150)并从其移除，以便为浮选体建立中性浮选级N(或浮选范围NR，例如加上或减去12英寸(30.5厘米)，从而在基础或平均水位调整潮汐移动。这样，压缩机(上面参照图12所讨论)所需的垂直尺寸的潮汐分量的二分之一可以被消除在活塞高度和在间隙高度。本方面的波能发电系统的封闭海岸线安装201随后将更加紧密地模仿上文参照图1等所述的浮动浮标系统10。
在图12和15中，由通过下连接通路206的海水的潮汐流所产生的、通过上连接通路208的空气A(吸入和排出)的流动还可以被分接(例如由空气涡轮152，参见图15)作为额外的能量来源。
仍参照图15，压缩机228被示出具有活塞240和压缩机罐236之间的滚动柔性隔膜密封件，例如同样如在图12中所采用，但液体密封系统，例如如上文参照图14和14A至14G所述，还可以用于封闭的海岸线安装。
例如，下面参照图16，在本发明的波能发电系统的封闭海岸线安装401的另一替代实施方式中，压缩机304，如上面参照图14等，由较大的往复或升降活塞402驱动，该活塞又由压缩空气驱动。活塞402设置在切入到岸408中垂直气缸406的上方的封闭活塞气缸404内。与升降活塞气缸的下室418连通的海岸线波浪调节室412上方的封闭空气柱410中的空气随着波浪通过水平连接通路414来到岸边由上升的液面压缩。如上所述，连接通路414允许海水SW进入和退出垂直气缸406，响应于波浪W对海岸的作用来提升和降低垂直气缸SI中的水的水平。压缩机304具有液体密封装置，例如如参照图14等，代替上文参照图12所述的滚动隔膜。在附图所示的实施方式中，活塞402还具有液体密封装置，如下面描述。
仍参照图16，第一气缸416限定与空气柱410连通的下室418。第二倒置气缸420在第一气缸416上方延伸，并且限定通过环境排放口424与环境大气连通的上室422。倒置的活塞气缸426在第一气缸416上方延伸并且在第二倒置气缸420内，由液体槽密封件430中的液体428提供的密封分别限定在第一和第二气缸416、420之间，以抵抗活塞气缸404的下和上室418、422之间的渗漏。倒置的活塞气缸426限定的孔432(例如，圆柱形或方形)接收连接到压缩机304的活塞312的中心杆342，围绕中心杆342的套筒434连接到压缩机活塞312，其延伸到中心孔的密封液体436中，以抵抗活塞422的上室422和压缩机304的下压缩室部356之间的空气的泄漏。封闭的空气柱410，响应于穿过通路414的水流因波浪和潮汐运动的上升和下降，由空气压力提升和降低升降活塞402，从而又升高和降低压缩机活塞312，其通过中心活塞杆342硬连接到往复的升降活塞402。
空气处理器439(包括鼓风机438和安全阀440)经由管道系统442与封闭的空气柱410连通，用于根据需要增加和减少封闭空气柱410和下往复活塞室418内的空气的质量与潮汐高度的变化相符，以调节活塞402的基线或平均位置。例如还参照图17，在入流潮上(除了波浪运动之外)，随着水WM的平均水平或高度在垂直气缸406中上升，空气通过安全阀440从室410释放，减少空气的质量，并且假设中性浮力往复活塞402与硬联接的压缩机活塞372和轴342的总重量保持相对恒定，中性浮力活塞402的平均位置保持相对恒定，中性浮力活塞402起作用(即上升和降低以交替地促使空气在上室中然后在压缩机的下部室中压缩)，主要仅响应于水位因波浪调节室412中的波浪作用的浪涌和下降。类似地，在出流潮上，鼓风机438将空气引入到封闭的空气柱410中，增加空气的质量并且使中性浮力活塞402相对于水WM的平均水平或高度在垂直柱406中上升，相对于压缩机304的高度保持在相对恒定的高度，再次地，中性浮力活塞402起作用(即上升和降低以交替地促使空气在上室中然后在压缩机的下部室中压缩)，主要仅响应于水位因波浪调节室412中的波浪作用的浪涌和下降。
往复压缩空气驱动活塞装置取代上文参照图15所述的浮选体装置，通过调节封闭空气柱410中的空气的体积(质量)，以为压缩机304建立在调节室412中水表面水位WM的中点或平均高度上方的平均静止中点。
参照图16A，示出了用于在本发明的波能发电系统的封闭海岸线安装(例如，图16所示的封闭海岸线安装401)中的空气压缩机328'的液体槽密封装置304'的另一实施方式，例如用于代替上文(图12)所述的滚动隔膜。在本实施方式中，空气压缩机328'(以剖视图示出)包括中间活塞部370'，其设置成用于在具有内基部350'和外顶部360'的固定的圆柱形压缩机主体349'内进行往复垂直运动。内基部350'是带有向下悬垂的圆柱形内壁352'的倒置圆形开放式基圆柱形元件。顶部360'是带有向下悬垂的圆柱形壁378'的倒置圆形开放式基圆柱形元件。主体349'相对的向下悬垂的圆柱形壁352'、362'由水平壁367'与向下悬垂的圆柱形壁352'、362'连通水平基壁367'一起接合在基部，一起限定圆形液体密封槽390'。中间活塞部370'包括带有向下悬垂的圆柱形壁378'的限定活塞主体372'的倒置圆形开放式基圆柱形元件。内基部350'和中间活塞部370'一起限定下压缩室部356'。外顶部349'和中间活塞部370'一起限定上压缩室部366'。
压缩机主体的内基部350'和外顶部349'的尺寸被相互确定成且构造成相对于往复中间活塞主体372'允许中间活塞部360'的向下悬垂的圆柱形壁378'被接收到由压缩机主体349'限定的液体槽390'中，以与包含在其中的密封剂液体306'密封接合。中间活塞主体372'和中心轴342'在压缩下压缩室部356'中的空气的向下压缩冲程(箭头DS)和压缩压缩室部366'中的空气的向上压缩冲程(箭头US)之间在固定的圆柱形压缩机主体349'内往复。如上所述，例如参照图1和2，在上或下压缩室366'、356'中的压缩冲程期间，压缩空气穿过居间管道248'和单向阀250'进入压力调节器罐(未示出)，而空气通过管道252'和单向阀254'在吸力下被吸入相对的下或上压缩室中。这种装置使用由活塞的圆形开放式的圆柱形壁378'被居中地定位到其中的圆形液体槽390'中的密封剂液体306'提供的密封件来提供将由压缩机活塞元件372'的相对垂直运动产生的正或负压力与环境压力分隔的障碍。
在压缩机628'的一个实施方式中，压缩机气缸具有的有效高度HT例如约194英寸(16英尺2英寸；4.93米)，提供的间隙高度HC例如约40英寸(1.02米)，用于压缩机活塞372'相对于压缩机气缸的上下垂直运动，活塞具有的全行程高度HF例如约80英寸(2.03米)。(所有的尺寸仅通过示例提供。)压缩机活塞372'的每个冲程在处于压缩行程的压缩室部中产生例如约+28英寸(+71.0厘米)W.C.的压缩或压力PC，并且在处于吸入行程的压缩室部中产生例如约-3英寸(-7.6厘米)W.C.的吸力或真空VC。其结果是，例如3英寸(7.6厘米)的最小液体密封高度LS需要在吸入冲程上，例如28英寸(70.1厘米)的最小液体密封高度LC需要在压缩冲程上。(如上所述，这些最小液体密封高度用于具有约1.0的比重的基于水的和其他密封剂液体，并且可以调节用于其他比重的密封剂液体。)
下面参照图17以及图17A至17H，图17是图16的波能发电系统海岸线安装的代表性实施方式的示意侧平面视图，图17A至17H表示用于确定用于该代表性空气压缩机和潮汐调整机构组件的元件尺寸的样例计算。
在图17的代表性系统中，压缩机304具有的重量878磅(398千克)(以下计算，图17A)和输出压力为例如20英寸(50.8厘米)W.C.。该压缩机还具有的直径为2.00米，面积约为3.14m2，压缩机活塞具有的行程为2.0米，每个波浪的最大体积为12.28m3。402具有的重量2432磅(1103公斤)(以下计算，图17C)。升降活塞还具有的直径为2.83米，面积约为6.28m2，压缩机活塞具有的行程为2.0米。垂直圆气缸406的调节室412具有的直径为2.83米，面积约为6.28m2，中性压力为6.6英寸(16.8厘米)W.C.，向上压力为21.0英寸(53.3厘米)W.C.，向下压力为4.5英寸(11.4厘米)W.C.。
图17A表示压缩机活塞重量的样例计算，包括1米深的侧气缸进行密封，例如在液体密封槽中或着具有滚动隔膜，并且假设壁厚为0.200英寸(5.1毫米)。在该图所示的样例计算中，压缩机活塞总重量为878磅(398公斤)。
图17B表示提升活塞重量(WT)加上压缩空气到+20英寸(+50.8厘米)W.C.且在吸入侧上以-3英寸(-7.6厘米)W.C.吸入空气所需的力的样例计算。在该图所示的样例计算中，提升活塞重量(WT)加上压缩空气到+20英寸(+50.8厘米)W.C.且在吸入侧上以-3英寸(-7.6厘米)W.C.吸入空气所需的力是4883磅(2215公斤)。
图17C表示在2.83M.O.D.(111.5英寸(2.83米))的升降活塞的重量的样例计算，假设壁厚为0.200英寸(51毫米)加上6英寸(15.2厘米)O.D.通过4英寸(10.2厘米)I.D.中心轴约18英尺(5.49米)长的重量。在附图所示的样例计算中，中性浮力升降活塞和中心轴的总重量为2432磅(1103千克)。
图17D表示向上压缩冲程所需的力的样例计算。在附图所示的样例计算中，向上压缩冲程所需的力是7315磅(3318千克)。
图17E表示向上压缩冲程所需(以W.C.)的压力的样例计算。在附图所示的样例计算中，向上压缩冲程所需的压力为21.0英寸(53.3厘米)W.C.。
图17F表示向下压缩冲程所需的力的样例计算。在附图所示的样例计算中，向下压缩冲程所需的力是1573磅(714千克)。
图17G表示向下压缩冲程所需(以W.C.)的压力的样例计算。在附图所示的样例计算中，向下压缩冲程所需的压力为4.51英寸(11.5厘米)W.C.。
图17H表示封闭空气柱中的中性压力(以W.C.)的样例计算。在附图所示的样例计算中，封闭空气柱中的中性压力为10.1英寸(25.7厘米)W.C.。
最后，参照图18，在压缩机28'的另一实施方式中，压缩机活塞40'可以具有的直径或宽度WP例如为2.4米(7.88英尺)，而压缩机气缸36'具有的内径或宽度WC例如为2.5米(8.22英尺)，活塞具有的垂直高度HP例如1.20米(3.94英尺)，而压缩机气缸具有的有效高度ΗT例如为3.20米(10.50英尺)，提供的间隙高度HC例如为1.00米(3.28英尺)，用于压缩机活塞相对于压缩机气缸作上下垂直运动。如上所述，由气缸的壁和活塞的相对表面之间的柔性隔膜限定的密封区域由通过真空端口74作用且随后通过调节器罐(例如参见图9和9B)的壁中的流动通道和真空分配孔作用的真空泵维持在例如-6英寸(-15.2厘米)W.C.。在真空下的操作用于抵抗滚动隔膜密封件在活塞的运动期间崩溃，并且还保持密封形状，例如当系统空气压力下降到大气压条件比如风平浪静时。
尽管为了便于理解本发明，上文的波能发电系统10已经被描述为具有单个压缩机、调节器、空气储存器和空气涡轮机/发电机组，但是要认识到的是，还可以组合其它数量的系统和/或系统部件，包括根据本发明的一组或多组浮动浮标或者一个或多个海岸线安装。类似地，某些元件和装置例如合作的缓冲缸和缓冲腔已被描述与一个或只有几个系统组合；然而，本领域普通技术人员要理解的是，这样的元件和系统可以与其他系统中的类似优点和效果一起使用。
因此，其它的实施方式也在以下权利要求的范围之内。

Claims (49)

1.一种波能发电系统，包括：
浮力主体，其响应于垂直波浪运动和相关的相对垂直静止主体；
工作压缩机，其包括压缩机气缸和压缩机活塞，所述压缩机活塞安装成用于相对于所述压缩机气缸的往复运动，以交替地压缩相对的空气压缩机室中的空气；
压力调节器，包括：
压力调节器罐，其限定与所述压缩机气缸连通的调节器室，用于交替地从每个相对的空气压缩室接收压缩空气，
浮动活塞，其布置在所述压力调节器罐内，并且安装成向容纳到所述调节器室中的压缩空气施加压力，以及
压力控制器，其联接到所述浮动活塞，用于控制由所述浮动活塞施加到所述调节器室中的压缩空气的压力，和液压减振系统，其联接到所述浮动活塞，用于限制所述浮动活塞的不希望的垂直振荡，用于以相对恒定的压力输出连续流压缩空气；以及
空气涡轮机和发电机组，其设置成与所述压力调节器连通，用于接收相对恒定压力的来自所述压力调节器和来自所述压缩机的压缩空气流的输出，以旋转所述空气涡轮机来驱动发电机产生电功率。
2.根据权利要求1所述的波能发电系统，其中，所述压缩机还包括成对的滚动隔膜，其在所述压缩机活塞与所述压缩机气缸的相对壁之间延伸，以允许所述压缩机活塞相对于所述压缩机气缸高效地几乎无摩擦地往复运动，以交替地压缩相对的空气压缩室中的空气。
3.根据权利要求1所述的波能发电系统，其中，所述压力调节器还包括成对的滚动隔膜，其在所述浮动活塞与所述压力调节器罐的相对壁之间延伸，以允许所述浮动活塞相对于所述压力调节器罐高效地几乎无摩擦地往复运动。
4.根据权利要求1所述的波能发电系统，其中，所述相关的相对垂直静止主体包括相对垂直静止的中性浮力活塞，所述压缩机气缸安装成用于与所述浮力主体垂直运动，且所述压缩机活塞安装到所述相对垂直静止的中性浮力活塞。
5.根据权利要求4所述的波能发电系统，其中，所述压缩机气缸安装到浮力主体，用于在水的表面上时响应于垂直波浪运动进行垂直运动，且所述压缩机活塞安装到相关的相对垂直静止的中性浮力活塞。
6.根据权利要求1所述的波能发电系统，其中，所述相关的相对垂直静止主体包括陆地或海岸线安装，所述压缩机气缸设置在所述陆地或海岸线安装上，且所述压缩机活塞被安装到响应于水体表面的垂直运动的所述浮力主体。
7.根据权利要求6所述的波能发电系统，其中，所述浮力主体设置在响应于水体表面的垂直运动的加压空气的体积上。
8.根据权利要求7所述的波能发电系统，其中，所述浮力主体设置在响应于水表面的往复运动的加压空气的封闭柱上，并且所述系统还包括空气处理器，其与所述加压空气的封闭柱连通且适于增加和减少所述封闭柱内的空气的质量，用于随潮汐的变化来调节所述浮力主体的基线位置。
9.根据权利要求1所述的波能发电系统，在所述压缩气缸的陆地或海岸线放置中，其中，所述压缩气缸包括限定上下压缩室的上下相对圆形开放式圆柱形元件，以及
所述压缩机活塞和第一所述圆形开放式圆柱形元件每个限定包含密封剂液体的圆形液体槽，
由所述活塞限定的圆形液体槽的尺寸被确定成且布置成在交替的压缩和吸入冲程期间接收与密封剂液体密封接合的上圆形开放式圆柱形元件的凸缘壁，以及
由所述下圆形开放式圆柱形元件限定的圆形液体槽的尺寸被确定成且布置成在交替的吸入和压缩冲程期间接收与密封剂液体密封接合的活塞元件的凸缘壁。
10.根据权利要求9所述的波能发电系统，其中，所述压缩机活塞的压缩冲程产生约+28英寸(+71.0厘米)W.C.的压缩或压力。
11.根据权利要求10所述的波能发电系统，其中，相关的液体槽包含具有约1.0的比重的密封剂液体，并且提供至少约28英寸(70.1厘米)的密封深度。
12.根据权利要求9或权利要求10所述的波能发电系统，其中，所述压缩机活塞的吸入冲程产生约-3英寸(-7.6厘米)W.C.的吸入。
13.根据权利要求12所述的波能发电系统，其中，相关的液体槽包含具有约1.0的比重的密封剂液体，并且提供至少约3英寸(7.6厘米)的密封深度。
14.根据权利要求1或权利要求7所述的波能发电系统，还包括设置成用于在活塞气缸中垂直往复运动的升降活塞形式的浮力主体，
所述活塞气缸包括限定上下活塞室的上下相对圆形开放式圆柱形元件，以及
所述上下圆形开放式圆柱形元件共同限定含有密封剂液体的圆形液体槽，
由所述上下圆形开放式圆柱形元件限定的圆形液体槽的尺寸被确定成且布置成在所述升降活塞的往复垂直运动期间接收与密封剂液体密封接合的所述升降活塞的凸缘壁。
15.根据权利要求14所述的波能发电系统，其中，所述上活塞室与外部环境大气连通。
16.根据权利要求14所述的波能发电系统，其中，所述下活塞室与响应于垂直波浪运动的加压空气的封闭柱连通。
17.根据权利要求14所述的波能发电系统，其中，所述浮力主体设置在响应于水表面的往复运动的加压空气的封闭柱上，并且所述系统还包括空气处理器，其与所述加压空气的封闭柱连通且适于调节所述封闭柱内的空气的质量，用于随潮汐的变化来调节所述浮力主体的基线位置。
18.根据权利要求17所述的波能发电系统，其中，所述空气处理器包括空气泵，用于增加包含在所述空气的封闭柱内的空气的质量。
19.根据权利要求17所述的波能发电系统，其中，所述空气处理器包括空气释放阀，用于降低包含在所述空气的封闭柱内的空气的质量。
20.根据权利要求18所述的波能发电系统，其中，所述空气处理器包括空气释放阀，用于降低包含在所述空气的封闭柱内的空气的质量。
21.一种波能发电系统，包括：
浮力主体，其响应于在水表面上时的垂直波浪运动和相关的相对垂直静止的中性浮力活塞；
工作压缩机，包括：
压缩机气缸，其安装成用于与所述浮选体进行垂直运动，
压缩机活塞，其安装到所述相对静止的中性浮力活塞，以及
成对的滚动隔膜，其在所述压缩机活塞与所述压缩机气缸的相对壁之间延伸，以允许所述压缩机活塞相对于所述压缩机气缸高效地几乎无摩擦地往复运动，以交替地压缩相对的空气压缩室中的空气；
压力调节器，包括
压力调节器罐，其限定与所述压缩机气缸连通的调节器室，用于交替地从每个相对的空气压缩室接收压缩空气，
浮动活塞，其布置在所述压力调节器罐内，并且安装成向容纳到所述调节器室中的压缩空气施加压力，
压力控制器，其联接到所述浮动活塞，用于控制由所述浮动活塞施加到所述调节器室中的压缩空气的压力，和液压减振系统，其联接到所述浮动活塞，用于限制所述浮动活塞的不希望的垂直振荡，用于以相对恒定的压力输出连续流压缩空气；以及
成对的滚动隔膜，其在所述浮动活塞与所述压力调节器罐的相对壁之间延伸，以允许所述浮动活塞相对于所述压力调节器罐高效地几乎无摩擦地往复运动；以及
空气涡轮机和发电机组，其设置成与所述压力调节器连通，用于接收来自所述压力调节器的压缩空气流的输出，以旋转所述空气涡轮机来驱动发电机产生电功率。
22.根据权利要求2或权利要求21所述的波能发电系统，其中，在所述压缩机活塞与所述压缩机气缸的相对壁之间延伸的成对的滚动隔膜限定封闭压缩机区域，并且所述系统还包括与所述封闭压缩机区域连通的真空泵。
23.根据权利要求22所述的波能发电系统，其中，所述真空泵降低所述封闭压缩机区域的压力至预定压力。
24.根据权利要求23所述的波能发电系统，其中，所述预定压力为-6英寸(-15.2厘米)W.C.的量级。
25.根据权利要求2或权利要求21所述的波能发电系统，其中，在所述浮动活塞与所述调节器罐的相对壁之间延伸的成对的滚动隔膜限定封闭调节器区域，并且所述系统还包括与所述封闭调节器区域连通的真空泵。
26.根据权利要求25所述的波能发电系统，其中，所述真空泵降低所述封闭调节器区域的压力至预定压力。
27.根据权利要求26所述的波能发电系统，其中，所述预定压力为-6英寸(-15.2厘米)W.C.的量级。
28.根据权利要求1或权利要求21所述的波能发电系统，还包括封闭的空气系统，其包括：
储存器，用于接收、存储和输送封闭系统的空气，以及
管道系统，用于输送所述压缩机、压力调节器、空气涡轮机以及储存器中的空气。
29.根据权利要求28所述的波能发电系统，其中，所述储存器包括：
柔性气囊，其限定的体积用于接收、存储和输送封闭系统的空气，以及
罐，其包含所述气囊并且限定所述气囊外部的周围空气区域。
30.根据权利要求28所述的波能发电系统，其中，所述管道系统包括单向阀，用于控制进入压缩机以及从压缩机到压力调节器和/或空气涡轮机的空气流的方向。
31.根据权利要求30所述的波能发电系统，其中，所述单向阀包括单向阀组件，该单向阀组件包括安装成用于在双弹簧挠性组件的控制下往复闭开闭行程的相对的板，所述相对的板限定相对的密封表面和设置成与单向阀打开位置连通并且由相对的密封表面限定的偏置的空气流动区域。
32.根据权利要求31所述的波能发电系统，其中，所述相对的密封表面是锥形的横截面，并且限定由柔性密封环密封的倾斜表面。
33.根据权利要求30所述的波能发电系统，其中，所述压力调节器和压缩机通过压缩空气管道连通。
34.根据权利要求33所述的波能发电系统，其中，所述压缩空气管道包括单向阀，用于控制进入压缩机以及从压缩机到压力调节器和/或空气涡轮机的空气流的方向。
35.根据权利要求34所述的波能发电系统，其中，所述单向阀包括单向阀组件，该单向阀组件包括安装成用于在双弹簧挠性组件的控制下往复闭开闭行程的相对的板，所述相对的板限定锥形脊表面和锥形谷表面的交替大致同心环的相对的表面，所述锥形谷表面限定空气流动区域。
36.根据权利要求35所述的波能发电系统，其中，所述锥形脊表面还包括设置成在关闭运动期间用于与相对的锥形谷表面初始接合的柔性密封环。
37.根据权利要求29所述的波能发电系统，还包括空气泵。
38.根据权利要求30所述的波能发电系统，还包括空气泵。
39.根据权利要求1或权利要求21所述的波能发电系统，其中，所述液压减振系统包括的活塞与所述浮动活塞联接并且响应于浮动活塞在所述压力调节器室内的垂直速度，用于控制至活塞的液压流体的流量，用于限制所述浮动活塞的不希望的垂直振荡。
40.根据权利要求1或权利要求21所述的波能发电系统，其中，所述压缩机活塞安装在所述压缩机气缸中于具有接合在相应的平面侧孔中的压缩机活塞的至少一侧上的平面侧截面部的中心杆上，用于抵抗所述压缩机活塞和所述压缩机气缸之间的相对旋转。
41.根据权利要求40所述的波能发电系统，还包括用于所述压缩机活塞的所述中心杆的引导系统，所述引导系统包括设置成与一个或多个所述平面侧截面部的相对表面接合的一对或多对相对滚子。
42.根据权利要求41所述的波能发电系统，其中，所述一个或多个平面侧截面部和相应的所述平面侧孔是方形的。
43.根据权利要求1或权利要求21所述的波能发电系统，其中，所述浮动活塞安装在所述调节器罐中于具有接合在相应的平面侧孔中的浮动活塞的至少一侧上的平面侧截面部的中心杆上，用于抵抗所述浮动活塞和所述调节器罐之间的相对旋转。
44.根据权利要求43所述的波能发电系统，还包括用于所述浮动活塞的所述中心杆的引导系统，所述引导系统包括设置成与一个或多个所述平面侧截面部的相对表面接合的一对或多对相对滚子。
45.根据权利要求44所述的波能发电系统，其中，所述平面侧截面部和所述平面侧孔是方形的，且所述平面侧孔由两对相对的轴承支撑的滚子的相对表面限定。
46.根据权利要求1或权利要求21所述的波能发电系统，还包括用于在远程位置分配和消费的用于输送所产生的电功率的电力传输系统。
47.根据权利要求1或权利要求21所述的波能发电系统，还包括：
液压减震器装置，其包括限定配合结构的缓冲腔并包含液压流体的至少一组缓冲活塞构件及相对构件，
所述缓冲活塞和相对缓冲腔中的一个安装到所述往复浮力主体，且所述缓冲活塞和相对缓冲腔中的另一个安装到所述相关的相对垂直静止主体，都在用于在对应于在所述浮选体和相关的垂直静止主体之间的相对运动的范围的上端和下端中的至少一个的预定区域中减震接合的相对位置。
48.根据权利要求47所述的波能发电系统，其中，所述液压减震装置包括：
第一缓冲活塞构件和第一相对构件，其限定配合结构的缓冲腔并包含液压流体，安装在用于在对应于在所述浮选体和相关的垂直静止主体之间的运动的范围的上端的预定区域中减震接合的相对位置，以及
第二缓冲活塞构件和第二相对构件，其限定配合结构的缓冲腔并包含液压流体，安装在用于在对应于在所述浮选体和相关的垂直静止主体之间的运动的范围的下端的预定区域中减震接合的相对位置。
49.根据权利要求48所述的波能发电系统，其中，
所述第一缓冲活塞构件和所述第二缓冲活塞构件安装在所述相关的垂直静止主体的相对端，以及
限定所述第一缓冲腔的相对构件和限定所述第二缓冲腔的相对构件安装到所述相关的垂直静止主体的上方和下方的浮选体的表面。
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