CN110300847B - 波浪动力设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于从水波浪中提取能量的波浪动力设备。所述波浪动力设备包括参考结构和相对于参考结构移动的效应器。效应器连接至围绕每个效应器对称定位的两个液压缸。液压缸具有随着液压缸的长度被压缩而逐步增加并且随着液压缸的长度增加而逐步增加的有效液压面积。

Description

波浪动力设备
技术领域
本发明涉及用于从水表面波浪，尤其是在比如海洋、湖泊或由风或其它环境影响产生水表面波浪的任何其它水域的水中的水表面波浪中提取能量的波浪动力设备。
本发明还涉及包括波浪动力设备的波浪动力系统以及从水波浪中提取动力的方法。
背景技术
多年来，一直高度关注用于产生能量的环境友好的方法，特别是通过从风和水波浪中提取能量的方法。
与大众的理念相反，由波浪造成的水运动不是竖直运动，而是包括水平分量以及竖直分量的圆周运动。因此，水中的竖直板和水中的水平板承受类似大小的力，并因此同样适于从波浪中提取能量。
现有技术中用于从水波浪产生能量的系统和方法中的大多数都是基于利用水波浪的竖直运动的方法，即，这些系统配备有利用波浪的波峰与波谷之间的高度差的浮动效应器。
例如，US 870706描述了一种包括多个浮动效应器的设备，所述浮动效应器由水表面水位的变化驱动而上下移动，并且该运动用于驱动马达。
在EP 1045138中公开了一种用作水泵的类似系统，其为用于泵送水的装置的形式。该装置包括驱动缸/活塞系统的工作的浮动效应器，所述缸/活塞系统具有两个反作用抽吸/力腔室，每个腔室都装配有从海中抽吸水的抽吸管和将泵送水排放给消费者的输送管。
美国专利4698969和美国专利4931662中都公开了其它示例，它们都包括具有一个或更多个浮动效应器的设备，所述浮动效应器随着波浪在它们的波峰和波谷之间移动，并从而提取能量。
现有技术还包括现有技术系统，其中利用了波浪的能量的水平分量以用于提取能量。
在美国专利875950中可以发现一个示例，其中，由于循环波浪运动中的水平分量，多个效应器被来回推动。根据美国专利875950的效应器不能自由摆荡，因为所述运动被一个或更多个液压缸抑制，由于效应器的被推动运动，所述液压缸在压力作用下将海水推动到收集器管中。该收集器管通向涡轮机站，在该涡轮机站中，加压海水被用来给涡轮机提供动力。
在WO 98/17911中描述了使用波浪的水平分量的另一示例，其描述了一种包括摆荡闸-阀的海洋发电机，所述摆荡闸-阀具有平面矩形表面形式的效应器，该效应器竖直地布置在波浪的前部以用于提取能量。该效应器通过铰链锚定在海的底部。
此外，美国专利8484965描述了一种用于使用波浪运动的水平分量来转换海洋波浪能量的设备。该设备包括至少一个椭圆形支撑结构以及三个或更多个可独立运动的效应器模块，每个都承载通过波浪的作用而被来回推动的效应器。动力输出系统(其附接到支撑结构和效应器)通过效应器相对于支撑结构的运动而被赋能，由此产生有用的能量，其可以是加压流体、电力或加压流体的混合物。
如美国专利8484965中所描述的效应器仅具有有限的行进长度，该行进长度主要由动力输出系统的最大行程限定。动力输出系统的最大行程长度是必要性和经济性之间的折衷。为了最优性能，最大行程应该大于在操作期间预期的最大行程。然而，行程长度越长，系统将越重且越昂贵。因此，行程长度将总是在成本和实用性之间进行折衷。
当使用用于从波浪运动的水平分量中提取能量的设备时，效应器的漂移存在技术问题。不规则波浪是不对称的，因此在操作期间将发生漂移，即效应器从其中心位置朝向其极限位置之一的接续运动。这是一个重大技术问题，因为已经朝向其最大行进距离的一个端部偏移的效应器只能在撞击行进长度的端部之前行进较短的进一步的距离。在撞击其最大行进长度时，能量产生中止。此外，当效应器的自由行进被阻挡时，由于移动的波浪的不连续的流动，在效应器上可能建立起较大的力。
直到现在，用以制造自定心系统的仅有的已知解决方案是给移动的效应器装配机械弹簧，在系统上没有波浪载荷的时期期间，所述机械弹簧朝向中心位置推动所述移动的效应器。然而，该系统实施起来冗长又昂贵，因为它要求该结构除了承载波浪力之外还必须应付由启动的复位弹簧导致的内部力。此外，所安装的弹簧被安装在含有高水平的氯化物的海洋环境中，并且将承受数百万次载荷循环，这使得它们易于疲劳失效。
因此，技术上迫切需要一种简单且易于实施的方法，其使得效应器自定心，从而确保能量产生的最优化，并且系统避免了由于不希望的停止力导致的大载荷。
发明目的
本发明的目的是提供一种波浪动力设备，其可以从水波浪的水平分量中提取能量，其中，动力输出系统具有抵抗大浪的损坏的高裕度，因为效应器是自定心的，这减小了效应器被推向超越其设计限制的位置的可能性。
发明内容
在一个方面，本发明涉及一种用于从水波浪中提取能量的波浪动力设备，该波浪动力设备包括：
-基本静止构件
-效应器，所述效应器直接或间接地连接到所述基本静止构件，并且被构造成用于在波浪力作用在所述效应器上时相对于所述基本静止构件移动，其中
-所述效应器被构造成在彼此相反的两个方向中的任一方向上从所述基本静止构件上的预定中心位置平行于所述基本静止构件的长度轴线移动，
所述波浪动力设备进一步包括至少两个液压缸，所述液压缸优选地沿所述基本静止构件2的长度轴线围绕每个效应器11对称地布置，其中，所述至少两个液压缸各自包括：
-基部部分、至少一个管部分和中心部分，其中，所述中心部分被构造成用于滑入和滑出管部分，并且管部分被构造成用于滑入和滑出所述基部部分，其中，这些部分一起围封密封空间，所述密封空间具有当这些部分相应地滑入和滑出彼此时减小或增加的体积，
-入口，所述入口包括阀，用于当液压缸的长度增加时将水引入到液压缸内的封闭空间中，
-出口，所述出口包括阀，其被构造成用于当液压缸的长度减小时将加压水从液压缸内的封闭空间排出，优选地排出到压力管中，
其中，所述基部部分或所述中心部分固定在所述基本静止构件上的预定位置处，并且另一个直接或间接地连接到所述效应器，以这样的方式使得当所述效应器相对于所述基本静止构件运动时：
随着移动的效应器使液压缸的长度减小，所述至少两个液压缸中的至少一者的有效液压面积逐步增加，以及
随着移动的效应器使所述液压缸的长度增加，所述至少两个液压缸中的至少一者的有效液压面积逐步减小。
基本静止构件:
所述基本静止构件可以如WO 2010/031405中描述的那样。基本静止构件优选地基本上是直的，然而，只要效应器被安装成使得它们可以沿着基本静止构件的长度轴线移动至少一段距离，所述基本静止构件可以或多或少是弯曲的。在某些操作条件下，例如在强横流的情况下，基本静止构件可以具有略微弯曲的形状。
术语"基本静止构件"意指该构件在使用中被安装成当所述多个效应器沿基本静止构件的长度轴线相对移动时保持基本静止。
基本静止构件的长度轴线意指沿着与基本静止构件的长度基本平行的轴线。
基本静止构件的主要目的是为波浪动力设备提供参考结构。因此，在一个实施例中，基本静止构件是基本刚性的。在一个实施例中，基本静止构件可略微弯曲和/或其例如通过手风琴式折叠而可在长度上伸展/折叠。在一个实施例中，基本静止构件被提供在模块中，所述模块在部署之前可以被机械地连接。在同样优选的实施例中，基本静止构件由一个或几个可折叠或可卷绕的构件制成，以便于运输。
在一些实施例中，基本静止构件水平地布置在水中，使得当波浪力作用在效应器上时，效应器沿水平长度轴线移动。在一些实施例中，基本静止构件是管，比如压力管，或是钢缆。
在一些实施例中，基本静止构件通过至少两个浮筒保持在水中浮动，所述浮筒优选地布置在基本静止构件的每个端部中。在一些实施例中，基本静止构件通过至少两个系泊链保持静止，所述系泊链优选地布置在基本静止构件的每个端部中，其中，每个系泊链连接到锚或紧固到基本静止构件下方的底部表面或紧固到海岸。然而，基本静止构件可以通过本领域技术人员可以想到的任何方式在水中保持静止。
效应器：
根据本发明的效应器可以是如现有技术US 875950、WO 98/17911和WO 2010/031405中描述的那种，并且被限制为沿着基本静止构件的长度轴线移动。效应器是基本竖向的，并且将因此主要受到由于波浪产生的水运动的水平分量的影响。期望的是，效应器被布置成关于垂直于基本静止构件的长度轴线的对称平面基本对称。通过以这种方式布置效应器，由效应器施加在静止构件上的扭矩被最小化，这有助于保持静止结构轻且便宜。在一些实施方式中，所述效应器是垂直于基本静止构件的长度轴线竖向地定位在水中的板。
在优选实施例中，波浪动力设备包括多个效应器。波浪动力设备原则上可以具有与所期望的一样多的效应器。通常，期望的是，选择效应器的数量和效应器的布置，使得施加到整个波浪动力设备上的合力保持相对较低。通过布置三个或更多个效应器，使得当使用波浪动力设备时，由效应器施加的相互摆荡力将彼此相异。因此，可以使影响系泊的合力较低。
通过选择改变一个或更多个效应器的阻力表面面积，可以对合力进行额外的控制，以避免损坏力或过度磨损。当选择效应器的数量时，应该考虑波浪动力设备的可用空间，因为如果效应器元件被布置得太接近彼此，则它们可能不太有效。然而，基于本文的教导和关于波浪的一般知识，本领域技术人员将能够选择将对给定应用起作用的数量。在一个实施例中，波浪动力设备包括至少3个效应器，比如至少6个效应器，比如至少10个效应器，比如至少12个效应器，比如至少24个效应器。在一些实施方式中，效应器优选地在效应器的中心被基本静止构件穿透。因此，效应器可以包括被构造成用于被基本静止构件穿过的孔。
在一些实施方式中，效应器进一步连接到用于稳定并易于效应器的移动的装置，比如适用于在基本静止构件上运行的轮和效应器-框架，从而使得当波浪力作用于效应器上时，效应器沿基本静止构件的长度轴线平稳地移动。在一些实施方式中，一个效应器和效应器框架安装在效应器-模块上，所述效应器-模块连接到基本静止构件。
每个效应器被构造成具有沿着基本静止构件的长度轴线的最大行进长度，当效应器处于其中心位置时，该最大行进长度可以由在效应器周围对称定位的至少两个液压缸的行程长度和所述至少两个对称的液压缸的压缩程度决定。在一些实施例中，效应器的最大行进长度是所述至少两个液压缸中的至少一个液压缸在该液压缸全部延伸时的长度减去该液压缸的基部部分的长度的长度。根据系统的设计，效应器可以具有相同或不同的最大行进距离。效应器具有沿着基本静止构件的长度轴线的最大行进长度的事实应该被解释为，如果各个效应器被提供了所需量的力，则各个效应器可以被移动该最大行进长度。然而，在操作期间的实际行进长度取决于实际波浪条件，并且为了产生加压水，效应器不需要移动最大行进长度的全部长度。
为了最优使用，期望的是，效应器中的至少两者(比如至少约一半的效应器，比如基本全部的阻力元件)的最大行进距离为至少约1m，比如至少约5m，比如至少约10m。然而，原则上，最大行进长度没有上限。如果最大行进长度非常高，则仅可能增加成本，不会增加提取能量。
液压缸：
具有各种横截面的液压缸的任何组合都落入本发明的范围内。在优选实施例中，效应器直接或间接地对称地连接到N*2(N∈[1，2，3，4，5])个液压缸，使得效应器自定心，并且优选地当效应器处于其中心位置例如处于平衡位置时，使得效应器上的载荷围绕其中心对称。在优选实施例中，当效应器位于其中心位置时，所述至少两个液压缸被部分地压缩，并且在一个方向上移动效应器所需的力与在相反方向上移动效应器所需的力相同。在一些实施例中，当效应器位于其中心位置时，所述至少两个液压缸被压缩至使得它们的长度为它们的全长的一半的延伸程度。
液压缸包括基部部分、至少一个管部分和中心部分。在一些实施例中，基部部分、所述至少一个管部分和中心部分是柱体。术语"柱体"在这里用作概括性术语，并且不限于具有圆形横截面的实体。因此，在上下文中，柱体可以具有任何横截面，包括椭圆形的和多面形的，包括三角形、方形和六边形。
基部部分和中心部分各自具有一个开口端部和一个封闭端部，然而所述至少一个管部分具有两个开口端部。中心部分也可以是金属实心杆，或者是在液压缸的组件中以最小间隙装配到管部分中的任何其它形状。
在一些实施例中，所述至少两个液压缸包括多于一个的管部分，比如两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个或十个管部分。尽管液压缸在理论上可以包括任何数量的管部分，但是出于实际原因，包括在液压缸中的管部分的数量优选地从1变化到10。在一些实施例中，所述至少两个液压缸是伸缩式液压缸。
液压缸与基本静止构件的机械连接可以通过一个或更多个联接点实现，所述联接点布置在液压缸的基部部分或中心部分上。效应器和静止构件可以通过液压缸部分地或完全地相互作用。在一些实施例中，液压缸的一个端部机械地固定到沿静止构件的长度轴线的某点，而直接或间接地连接到效应器的另一个端部的位置由效应器的位置决定。可以使用支架以将液压缸固定到基本静止构件。
当所述部分滑动到彼此中时，液压缸的长度以及其内部的体积减小。这发生在液压缸的压缩期间。当所述部分从彼此中滑动出时，液压缸的长度以及其内部的体积增加。这发生在液压缸的延伸期间。
在压缩液压缸时，具有最小液压横截面的部分(例如，中心部分)首先被启动，并保持是活动的直至其被完全压缩。此后，第二小的部分(例如管部分)压缩，依此类推，直至液压缸被完全压缩。如果液压缸抵抗恒定压力作用，则该启动顺序的效果是由液压缸产生的反作用力通过压缩顺序逐渐增大。
当液压缸完全延伸并且压缩力沿着中心轴线作用在中心部分上时，该力将从中心部分传递到液压缸中的流体中，使得在液压缸内建立起压力。如果液压缸中的压力超越喷射压力，则中心部分将开始行进到组件的最小的管中。当中心部分被完全压缩到最小的管中时，包括中心部分和最小的管的组件将开始行进到组件的下一个管中。如果液压缸中的压力恒定，则这将需要增加的力，因为中心部分的液压面积+第一管的液压面积大于仅用于中心部分的面积。以这样的方式，当液压缸经受压缩时，液压缸的有效液压面积逐步增加。在本发明中利用该特征以确保由液压缸施加的力随着液压缸被压缩(即，效应器被朝向一个端部推动)而增大。
如果液压缸完全压缩并且沿中心轴线应用拉伸力，则缸将伸展。在一般情况下，与压缩顺序相比，伸展顺序不太好限定，因为密封件中的摩擦以及缸的液压流体与周围环境之间的压力差将决定伸展顺序。
在一些实施例中，多于两个的液压缸围绕每个效应器布置，比如两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个或十个液压缸。以这样的方式，可以在不改变液压缸的尺寸的情况下增加压缩或延伸液压缸所需的力。
直接或间接地连接到每个效应器的液压缸的数量和总体积极大程度上取决于当地海的条件。如果水很浅，则水质点的圆周运动与朝向海岸的漂移叠加。在这种条件下，液压缸的合理布置将是使得将液压缸朝向海岸移动所需的力大于在相反方向上移动液压缸所需的力。例如，如果在效应器的第一侧上布置一定数量的液压缸，比如两个液压缸，并且在效应器的第二侧上布置另一数量的液压缸，比如三个液压缸，则压缩三个液压缸所需的力大于压缩两个液压缸所需的力。这种构造在例如波浪中的水质点的主要方向靠向海岸的水中可能是有利的。
密封和锁定装置：
液压缸可以进一步包括密封装置和/或锁定装置。在一些实施例中，各液压缸的所述部分都包括密封装置，以确保除了相应地通过入口和出口之外没有水通过其它途径进入或离开液压缸。
在一些实施例中，每个液压缸的有效液压面积的逐步减小和/或增加由锁定装置(比如磁性锁定装置或机械锁定装置或液压锁定装置或它们的结合)控制。
液压缸可以装配有锁定装置，以确保液压缸的压缩和/或伸展被规划为使得最大可用面积总是在伸展期间一直有效。用于这种受控伸展的装置包括但不限于受控摩擦、机械锁定、机电锁定、电磁锁定、磁性锁定或液压装置。
在优选实施例中，锁定装置是磁性联接件，其中，最强联接件在液压组件的中心部分与最小的管之间。此外，次强的磁性联接件在第一管元件与第二管元件之间，依此类推。在同样优选的实施例中，锁定装置是机械锁，其具有不同的强度或几何地联锁，使得确保正确的释放顺序。在同样优选的实施例中，锁定装置基于由液压缸组件中的密封体积之间的压力差异所导致的力。该锁定策略可以应用于任何数量的管部分，优选液压缸中的所有管部分。所有的管部分可以使用相同的锁定策略来锁定，或者可以在相同的液压缸上采用不同的锁定策略。
所述至少两个液压缸被构造成用于当效应器移动时使产生的加压水被推动通过包括阀的出口并进入到压力管中。在一些实施例中，每个液压缸的出口都流体连接到压力管，所述压力管构造成用于在效应器移动时接收加压水。在一些实施例中，压力管连接到多个液压缸(比如，所有液压缸)的出口。在一些实施例中，压力管连接到可以将加压水转换成能量(比如电能)的涡轮机。在一些实施例中，压力管连接到反渗透过滤器，从而由加压水产生淡水。压力管可以穿入效应器。
本发明进一步涉及一种使用本文所描述的波浪动力设备从水波浪中提取能量的方法。
本发明进一步涉及一种从水波浪中提取能量的系统，其包括本文所描述的波浪动力设备。
本发明的波浪动力设备提供了一种从水波浪中提取大量能量的新方法，同时最小化或避免了由于停止力在设备上的意外的载荷，从而确保了所使用的设备的长持续时间。此外，该系统使得复位弹簧的使用被废弃，从而去除了对复位弹簧以及支撑这些弹簧所需的结构的需要。
在本发明之前，由于不规则波浪蕴含的极度不同的水平力，使用水波浪的水平分量来产生能量的障碍是效应器的漂移。迄今为止，使用水波浪的水平分量来产生能量的波浪动力设备被设计成具有被动弹簧，以将效应器推动到中心位置中，所述弹簧增加了相当大的成本和复杂性，并且增加了系统失效的风险。由于本发明，现在可以去掉复位弹簧，从而使系统更轻、更便宜，并且同时对抗疲劳失效更强有力。此外，因为根据本发明的动力输出系统在效应器上施加力(其取决于效应器位置)，所以本发明允许在小波浪中更有效地收获能量。
应当理解，详细描述和具体示例仅以说明的方式给出，因为根据详细描述，在本发明的精神和范围内的各种改变和修改对于本领域技术人员将变得明显。
附图说明
现在将参照附图更详细地描述根据本发明实施例的波浪动力设备。附图不应被解释为限制落入所附权利要求的范围内的其它可能的实施例。
图1示意性地示出了根据本发明的实施例的波浪动力设备的概况；
图2示意性地示出了包括多个基本静止构件2和多个效应器11的波浪场的俯视图；
图3示意性地示出了根据本发明优选实施例的波浪动力设备；
图4示意性地示出了根据本发明实施例的拆解的(图4a)和组装的(图4b)液压缸的侧视图；
图5示意性地示出了液压缸上的入口和出口的构造的不同实施例；
图6示意性地示出了根据本发明的实施例的组装的完全延伸的液压缸以及完全延伸的液压缸的不同的部分压缩级(b、c、d、e)；
图7示意性地示出了根据本发明的不同实施例的完全延伸的液压缸的三维图；
图8示意性地示出了根据本发明的不同实施例的效应器的三维图；
图9示意性地示出了可与根据本发明的液压缸一起使用的锁定装置的不同实施例；
图10示意性地示出了根据本发明的波浪动力设备，其中，液压缸处于不同的压缩位置；
图11示意性地示出了根据本发明的效应器和液压缸相对于波浪动力设备的基本静止构件的不同构造；
图12示意性地示出了根据本发明的波浪动力设备的两个实施例，其中，效应器连接至用于稳定并易于效应器的移动的装置28；以及
图13示意性地示出了根据本发明的波浪动力设备的实施例，其中的一个效应器直接(13a)或间接(13b)连接至两个基本静止构件。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的实施例的波浪动力设备的示意性概况。基本静止构件通过两个浮筒3、两个系泊链4和两个锚5在水中保持静止。
基本静止构件2安装有四个效应器模块1，每个都包括效应器11、用于稳定并易于效应器沿着基本静止构件2的长度轴线的移动的装置28以及在每个效应器周围对称布置的两个液压缸14a、14b。
效应器11是板状结构，其通过波浪运动的摆荡作用而被来回推动。除了来回推动效应器的力之外，由于波浪运动的不一致性，效应器还将经历非对称载荷。为了处理非对称载荷，效应器11可以安装在效应器框架28a上，其包括在基本静止构件2上运行的轮28c(细节见图3)。为了从效应器的运动中提取有用能量，效应器的每个端部都直接或间接地联接到液压缸14的端部，所述液压缸自身在相反端部上固定至基本静止构件2。
在操作中，效应器11被来回推动，施加在这些效应器上的力将被传递到静止结构上的液压缸。当效应器沿静止结构的长度轴线移动时，一个液压缸被压缩，而另一个延伸。在液压缸的压缩期间，在该液压缸14内产生加压水，该加压水从每个液压缸14中的出口24传递到压力管6并供给至未包括在简图中的涡轮机，涡轮机可以将加压水转换成能量，比如电能。
当安装该系统时，首先，将每个链4在一个端部附接至锚5，并且在另一个端部附接至浮筒，随后对锚进行部署。
此后，将基本静止构件2系串在浮筒3之间并使其张紧，使得组件基本上固定就位。然后，将压力管6附接到该结构，使其准备好通过被连接到每个液压缸14的出口而被安装到效应器模块上。在已固接基本静止构件2之后，附接效应器模块。在一些操作条件下，安装策略可能很繁琐，因为效应器模块的更换将不仅需要拆卸效应器框架28a，还需要将液压缸14从它们的安装点拆卸。为了确保更简单地更换和维修效应器模块，将效应器11、效应器框架28a和液压缸14安装在模块1上有时很便利，这使得安装和拆卸简单且高效。
图2示出了包括多个基本静止构件2的波浪场的俯视图，多个效应器11沿着每个基本静止构件起作用。压力管6a、6b、6c全部都供给至相同的歧管压力管7，所述歧管压力管7收集加压水的流，并将其运送至涡轮机8。在图中示出了可选的辅助锚5b，用于在当地海条件或其它操作条件预告横流时应对横流。
参考图3，其示出了包括基本静止构件2和被基本静止构件2穿透的效应器11板的波浪动力设备。效应器11板被构造成用于当波浪力作用在效应器11上时相对于基本静止构件2移动。更具体地，效应器11被构造成在彼此相反的两个方向中的任一方向上从基本静止构件2上的预定中心位置19平行于基本静止构件的长度轴线18移动。
波浪动力设备进一步包括两个液压缸14a、14b，它们沿着基本静止构件2的长度轴线18在效应器11的周围对称地布置。
图3中的两个液压缸14a、14b各自都包括五个部分：一个基部部分144、三个管部分143a、143b、143c以及中心部分142。两个液压缸14a、14b各自还包括入口21，该入口包括阀22，用于在液压缸14a、14b的长度23增加时，将水引入液压缸14a、14b内的封闭空间20中(入口和阀在图中未示出)。两个液压缸14a、14b各自还包括出口24，其包括阀25，所述阀构造成用于在液压缸14a、14b的长度23减小时从液压缸14内的封闭空间20排出加压水(阀未在图中示出)。
液压缸的基部部分144固定在基本静止构件2上的预定位置26处，并且中心部分142通过包括轮28c的效应器框架28a间接地连接到效应器11板。效应器框架28a的功能是稳定效应器11，而轮28c的功能是易于效应器沿着基本静止构件2的移动。两个液压缸14被压缩至使得它们的长度23是它们的全长减去基部部分144的长度后的一半的延伸程度，并且效应器位于其中心位置19。因此，在一个方向上移动效应器11所需的力与在相反方向上移动效应器11所需的力相同。当波浪力作用在效应器11上时，效应器11相对于基本静止构件移动。
图4示意性地示出了根据本发明实施例的拆解的(图4a)和组装的(图4b)液压缸14的侧视图。
根据本发明的液压缸14包括至少三个部分：包括一个基部部分144、一个管部分143和一个中心部分142。液压缸14可以包括多于一个的管部分143，比如在两个管部分或十个管部分之间。理论上，根据本发明的液压缸14可以包括多于十个的管部分143。当液压缸包括多于一个的管部分143时，最大的管部分被称为第一管部分143a，第二大的管部分被称为第二管部分143b，依此类推。
图4a中的拆解的液压缸14包括五个部分144、143、142：一个基部部分144，三个管部分143a、143b、143c以及一个中心部分142。基部部分144具有一个封闭端部31和一个开口端部30(由虚线表示)，管部分143具有两个开口端部30，并且中心部分142具有一个开口端部30和一个封闭端部31。
液压缸14的部分144、143、142包括密封装置33，从而确保已组装的液压缸14内的空间20被密封，从而水仅可以通过液压缸的入口和出口进入或离开液压缸14。密封装置33还可以固接所述部分，从而在它们被组装时防止它们滑动分开。这种密封装置33可以如图4a所示，或者可以是本领域技术人员可以想到的任何其它类型的密封装置33。
基部部分144被构造成用于接收第一管部分143a，并且第一管部分143a被构造成用于滑入和滑出基部部分144。以相同的方式，第一管部分143a被构造成用于接收第二管部分143b，并且第二管部分143b被构造成用于滑入和滑出第一管部分143a。第二管部分143b被构造成用于接收第三管部分143c，第三管部分143c被构造成用于滑入和滑出第二管部分143b。第三管部分143c被构造成用于接收中心部分142，并且中心部分142构造成用于滑入和滑出第三管道部分143c。
基部部分进一步包括入口21和出口22。入口21包括阀22，其构造成用于在液压缸14的长度增加时将水引入到液压缸14中。出口24包括阀25，其构造成用于在液压缸14的长度减小时从液压缸14中排出水。理论上，这些部分中的任一者都可以包括入口21和/或出口24。
图4b示出了由图4a中示出的部分144、143a、143b、143c、142组装的液压件。当组装液压缸14时，部分144、143a、143b、143c、142一起围封出具有一定体积的密封空间20，其中，水仅可以通过入口21和出口22进入和离开液压缸14。
图5示出了在液压缸的基部部分上的入口21和出口24的构造的不同实施例。如果利用外部阀，则入口和出口可以结合。为了清楚起见，本发明的所有液压缸14都装配有入口21和/或出口24。
图6示出了具有五个部分的已组装且完全延伸的液压缸(a)、以及完全延伸的液压缸的不同的部分压缩级(b、c、d、e)。
具有五个部分的完全延伸的液压缸14(a)的完全压缩包括四个步骤(a至b、b至c、c至d和d至e)。在压缩的第一步骤(a至b)中，当中心部分142滑入到第三管部分143c中而其它部分不移动时，液压缸内的体积减小。当中心部分142不能更进一步地滑动到第三管部分143c中时，启动压缩的第二步骤(b至c)，并且第三管部分143c滑动到第二管道部分143b中。随着有效液压面积的增加，压缩的第二步骤中所需的力大于压缩的第一步骤中所需的力。当第三管部分143c不能更进一步地滑动到第二管部分143b中时，启动压缩的第三步骤(c至d)，并且第二管部分143b滑动到第一管部分143c中。随着有效液压面积的增加，压缩的第三步骤中所需的力大于压缩的第二步骤中所需的力。当第二管部分143b不能更进一步地滑动到第一管部分143a中时，启动压缩的第四步骤(d至e)，并且第一管部分143a滑动到基部部分144中。随着有效液压面积的增加，压缩的第四步骤中所需的力大于压缩的第三步骤中所需的力。压缩液压缸所需的力由作用在效应器上的波浪力提供。
以相同的方式，完全压缩的液压缸(e)的完全延伸包括四个步骤(e至d、d至c、c至b以及b至a)。使液压缸延伸所需的力由沿与作用在效应器上使得液压缸压缩的波浪力相反的方向作用在效应器上的波浪力提供。为了确保液压缸根据图6中描述的步骤延伸，液压缸14可以进一步包括锁定装置27。
图7示出了根据本发明的不同实施例的完全延伸的液压缸14的三维图。
图7a示出的液压缸14包括五个部分144、143a、143b、143c、142。每个部分都是具有一定长度和横截面的柱体。图7a中的柱体具有圆形横截面。然而，根据本发明的液压缸14的柱体也可以具有多边形截面，比如方形或六边形截面。图7b示出了具有四个部分的液压缸14的三维图，所述四个部分包括：一个基部部分144，两个管部分143a、143b以及一个中心部分142，它们都具有六边形横截面。图7c示出了具有三个部分的液压缸14的三维图，所述三个部分包括：一个基部部分144，一个管部分143和一个中心部分142，它们都具有方形横截面。
完全延伸的液压缸14内的体积取决于部分的数量以及每个部分的长度和直径，其可以根据所需的用途而变化。
图8示意性地示出了根据本发明不同实施例的效应器11的三维图。图8a示出了具有方形板状结构的效应器11的实施例。然而，效应器11可以具有任何其它形式，比如圆形或任何多边形形式，比如六边形。重要的是，效应器11具有一定的表面面积，波浪可以在该表面面积上以足以使效应器11移动的力发挥作用。图8b示出了被构造成用于被基本静止构件2穿透的效应器11的实施例。效应器11具有六边形板状结构，并在效应器的中间具有延伸穿过效应器11的孔34。以这种方式，当波浪力作用于效应器11上时，效应器11可以如绳上的珍珠那样相对于基本静止构件2移动。图8c示出了根据本发明的效应器11的侧视图。该侧视图贯穿各个附图使用，用于示出效应器11。
图9示出了可以与根据本发明的液压缸14一起使用的不同的锁定装置27。这种锁定装置27可以例如是磁性的(图9a)、液压的(图9b)、机械的(图9c)或它们的组合。图9a示出了用于装配有磁性锁定装置27的液压缸的伸展顺序。磁性锁定机构的优点在于，伸展顺序可以被控制，使得最大可用管部分总是在下一个部分被启动之前完全伸展。在图9b中示出了与图9a中示出的伸展顺序类似的伸展顺序，但其使用液压锁定装置27实现。在图9b中，可以注意到，管部分装配有隔板，所述隔板具有中心孔。此外，中心部分142装配有装配到隔板的孔中的挤压件。当液压缸被完全压缩时，中心部分142的挤压件阻挡隔板中的孔，从而密封表示为V的体积。当中心部分142被拉动离开基部部分144时，该运动将使体积V略微扩展；从而减小体积V中的压力并在隔板上产生由此造成的压力差。该压力差将产生作用在隔板上的力，推动隔板，并从而朝向中心部分142推动整个管部分。这将有效地将中心部分142锁定至管部分143。管部分143和中心部分142将一起移动，直到管部分143达到最大延伸。此时，中心部分142继续它的移动，直到中心件上的挤压件从隔板中的孔中抽出，于是体积V中的负压被释放。隔板中的孔或中心件上的挤压件可以包括用于改进密封的装置，像密封件、橡胶唇缘或弹性涂层。尽管图中的液压锁定机构基于单个孔和单个挤压件，但在一些应用中可能优选多个孔/挤压件对。根据密封系统的有效性和特性，隔板可以安装有一个或更多个单向阀，从而释放液压缸的压缩期间体积V中的超压。
图9c示出了与图9a和图9b中示出的伸展顺序类似的伸展顺序，但其使用机械锁定装置来实现。
图10示出了根据本发明的实施例的波浪动力设备，其中，两个液压缸处于压缩的不同阶段。图10a、图10b、图10c、图10d和图10e中的波浪动力设备包括基本静止构件2和被基本静止构件2贯穿的效应器11。效应器11直接连接到两个液压缸14a、14b，两个液压缸14a、14b在效应器11周围对称地定位。每个效应器都包括五个部分：一个基部部分144，三个管部分143a、143b、143c以及一个中心部分142。基部部分包括入口和出口(图中未示出)。效应器11直接连接到每个液压缸14a、14b的中心部分144，而且，基部部分固定在基本静止构件2上的预定位置26处。在图10c中，效应器11相对于基本静止构件2处于其中心位置19，并且两个液压缸14a、14b被压缩至使得它们的长度为它们的全长减去基部部分144的长度后的一半的延伸程度。因此，在一个方向上移动效应器11所需的力与在相反方向上移动效应器11所需的力相同。当波浪力在一个方向上作用在效应器11上时，效应器11相对于基本静止构件移动。当效应器在一个方向上移动时(图10c至10d以及10d至10e(效应器向左移动))，两个液压缸14a、14中的一个液压缸14a的有效液压面积随着移动的效应器11减小该液压缸14a的长度而逐步增加，并且两个液压缸14a、14b中的另一个液压缸14b的有效液压面积随着移动的效应器11增加该液压缸14b的长度23而逐步减小。当效应器在相反方向上移动时(图10c至10b以及10b至10a(效应器向右移动))，两个液压缸14a、14a中的一个液压缸14b的有效液压面积随着移动的效应器11减小该液压缸14b的长度23而逐步增加，并且两个液压缸14a、14b中的另一个液压缸14a的有效液压面积随着移动的效应器11增加该液压缸14a的长度而逐步减小。
因此，移动效应器所需的力需要足够强以使一个液压缸延伸并且使另一个液压缸压缩。所述至少两个液压缸具有不同的液压面积，使得一个液压缸14的有效液压面积逐步增加，而另一个液压缸14的有效液压面积逐步减小。当液压缸14朝向极限位置之一移动时，使一个液压缸14从其中心位置19向极限位置之一移动所需的力增加，而使效应器11在另一个方向(向中心位置19)上移动所需的力逐步减小，直到效应器回到其中心位置。如果在相反方向上施加力，则将发生相同的情况。因此，本发明的波浪动力设备便于效应器11返回到效应器11上的载荷围绕其中心(例如其中心位置19)对称的位置。
效应器11的最大行进长度29是两个液压缸14a、14b中的一个液压缸14a在该液压缸完全延伸时的长度减去该液压缸的基部部分的长度后的长度。
当效应器移动时，两个液压缸14a、14b中的一个被压缩，从而在该液压缸内产生加压水，该加压水被推动通过出口24的阀25并被排出到管6中。加压水然后可以流动至涡轮机，涡轮机将加压水转换成能量，比如电能(图中未示出)。
图11示出了根据本发明的波浪动力设备，效应器11和液压缸14相对于基本静止构件2的不同构造。
在一些实施方式中，效应器11直接连接到所述至少两个液压缸的中心部分142(图11a、图11b、图11c)。
在一些实施方式中，效应器11直接连接到基本静止构件2，比如被基本静止构件2贯穿，优选地在效应器11的中间(图11a、图11c、图11e、图11f、图11)。
在一些实施方式中，效应器11间接连接到基本静止构件2，比如通过两个液压缸14(图11b))。在一些实施方式中，效应器11间接连接到基本静止构件和两个液压缸，比如通过将效应器与两个液压缸14a、14b连接的刚性构件(图11d、图11h)。
在一些实施方式中，两个液压缸的基部部分144直接或间接地连接到效应器11，而中心部分142固定在沿基本静止构件2的点处(图11e)。
在一些实施例中，波浪动力设备包括多于两个的液压缸14(图11f、图11g)。在一些实施例中，多于一个的效应器间接地连接到两个液压缸(图11h)。在一些实施例中，基本静止构件附接至支撑框架，该支撑框架附接到钢缆(11c)。除了节省劳动力之外，从结构的角度来看，支撑框架的利用也是优选的，因为对钢缆的扭矩载荷以及横向载荷被最小化。
根据本发明，通常，只要液压缸确保效应器板上的力随着效应器在可能的方向中的任一方向上移动远离中心位置而增大，可以采用具有任何液压面积的液压缸和波浪动力设备的构造的的任何组合。
图12示出了根据本发明的波浪动力设备的两个实施例，其中，效应器连接至用于稳定并易于效应器的移动的装置28。在图12a中示出的一个实施例中，用于稳定并易于效应器的移动的装置28包括刚性金属线缆28b，金属线缆28b将效应器11连接至包括轮28c的元件。在图12b示出的另一个实施例中，用于稳定并易于效应器的移动的装置28包括效应器-框架28a和轮28c。
图13示出了根据本发明的波浪动力设备的实施例，其中，一个效应器11通过效应器-框架28a间接或直接地(图13a)连接至两个基本静止构件。
在大多数附图中，液压缸14的构造被限制成对称布置，其中，效应器载置有两个关于由效应器2限定的对称线对称安装的液压缸。然而，根据本发明，很多其它构造是同样有效的。
尽管已经结合具体实施例描述了本发明，但是不应将其解释为以任何方式限于所呈现的示例。本发明的范围由所附权利要求书来阐述。在权利要求的上下文中，术语"包括"或"包含"不排除其它可能的元件或步骤。另外，比如"一"等的引用不应该被解释为排除多个。权利要求中关于图中所示元件的附图标记的使用也不应被解释为限制本发明的范围。此外，在不同权利要求中提到的各个特征可以有利地组合，并且在不同权利要求中提到这些特征并不排除特征的组合是不可能的和有利的。
所用附图标记的列表
1 效应器模块
2 基本静止构件
3 浮筒
4 系泊链
5 锚
6 压力管
7 涡轮机
8 主压力管
11 效应器
12 效应器-框架
13 轮
14 液压缸
142 中心部分
143 管部分
144 基部部分
15 固定装置
18 基本静止构件的长度轴线
19 相对于基本静止构件的效应器中心位置
20 液压缸内的密封空间
21 液压缸中的入口
22 液压缸的入口中的阀
24 液压缸中的出口
25 液压缸的出口中的阀
26 基本静止构件上的固定基部部分的位置
27 锁定装置
28 用于稳定并易于效应器的移动的装置
28a 效应器-框架
28b 线缆
28c 轮
29 最大行进长度
30 液压缸的部分的开口端部
31 液压缸的部分的封闭端部
33 密封装置
34 效应器中的构造成用于被贯穿的孔。

Claims (17)

1.一种用于从水波浪中提取能量的波浪动力设备，所述波浪动力设备包括：
-基本静止构件(2)
-效应器(11)，所述效应器直接或间接地连接到所述基本静止构件(2)，并且被构造成当波浪力作用在所述效应器上(11)时相对于所述基本静止构件(2)移动，其中，
-所述效应器(11)被构造成在彼此相反的两个方向中的任一方向上从所述基本静止构件(2)上的预定中心位置(19)平行于所述基本静止构件的长度轴线(18)而移动，
所述波浪动力设备进一步包括至少两个液压缸(14a、14b)，其中，所述至少两个液压缸(14a、14b)各自包括：
-基部部分(144)、至少一个管部分(143)和中心部分(142)，其中，所述中心部分(142)被构造成用于滑入和滑出管部分(143)，并且管部分(143)被构造成用于滑入和滑出所述基部部分(144)，其中，这些部分(142、143、144)一起围封密封空间(20)，所述密封空间具有当这些部分(142、143、144)相应地滑入和滑出彼此时减小或增加的体积，
-入口(21)，所述入口包括阀(22)，用于当所述液压缸(14a、14b)的长度(23)增加时将水引入到所述液压缸(14a、14b)内的封闭空间(20)中，
-出口(24)，所述出口包括阀(25)，其被构造成用于当所述液压缸(14a、14b)的长度(23)减小时将加压水从所述液压缸内的封闭空间(20)排出，
其中，所述基部部分(144)或所述中心部分(142)固定在所述基本静止构件上的预定位置(26)处，并且另一者直接或间接地连接到所述效应器(11)，使得当所述效应器(11)相对于所述基本静止构件移动时：
-所述至少两个液压缸(14a、14b)中的至少一个液压缸的有效液压面积随着移动的效应器(11)使该液压缸的长度(23)减小而逐步增加，以及
-所述至少两个液压缸(14a、14b)中的至少一个液压缸的有效液压面积随着移动的效应器(11)使该液压缸的长度(23)增加而逐步减小。
2.根据权利要求1所述的波浪动力设备，其中，每个液压缸的所述部分(142、143、144)都包括密封装置(33)，以确保除了相应地通过所述入口(21)和所述出口(24)之外没有水能够通过其它方式流入或流出所述液压缸。
3.根据权利要求1所述的波浪动力设备，其中，每个液压缸的有效液压面积的逐步减小或增加由锁定装置(27)控制，其中，所述锁定装置(27)基于：磁性锁定装置或机械锁定装置或液压锁定装置或它们的组合。
4.根据权利要求1所述的波浪动力设备，其中，所述基本静止构件水平地布置在水中，使得当波浪力作用在效应器(11)上时，所述效应器沿水平长度轴线移动。
5.根据权利要求1所述的波浪动力设备，其中，所述基本静止构件(2)通过至少两个系泊链(4)保持静止，其中，每个系泊链(4)连接到锚(5)或紧固到基本静止构件(2)下方的底部表面或紧固到海岸。
6.根据权利要求1所述的波浪动力设备，其中，所述基本静止构件通过至少两个浮筒(3)保持在水中浮动，所述浮筒布置在所述基本静止构件(2)的每个端部中。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的波浪动力设备，其中，所述基本静止构件(2)是钢缆或压力管(6)。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的波浪动力设备，其中，所述效应器(11)是垂直于所述基本静止构件(2)的长度轴线竖向地定位在水中的板。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的波浪动力设备，其中，所述效应器(11)被所述基本静止构件(2)穿过。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的波浪动力设备，其中，所述效应器(11)进一步连接到用于稳定并易于效应器(11)的移动的装置(28)，使得当波浪力作用于效应器(11)上时，效应器沿基本静止构件(2)的长度轴线(18)平稳地移动。
11.根据权利要求1-6中任一项所述的波浪动力设备，其中，所述效应器(11)的最大行进长度(29)是所述至少两个液压缸(14a、14b)中的至少一个液压缸在该液压缸完全延伸时的长度减去该液压缸的基部部分的长度的长度。
12.根据权利要求1-6中任一项所述的波浪动力设备，其中，当效应器(11)处于其中心位置(19)时，所述至少两个液压缸被部分地压缩，并且在一个方向上移动所述效应器(11)所需的力与在相反方向上移动所述效应器(11)所需的力相同。
13.根据权利要求1-6中任一项所述的波浪动力设备，其中，当所述效应器处于其中心位置(19)时，所述至少两个液压缸被压缩至使得它们的长度(23)为它们的全长的一半的延伸程度。
14.根据权利要求1-6中任一项所述的波浪动力设备，其中，每个液压缸的出口都流体地连接至压力管(6)，所述压力管构造成用于在效应器(11)移动时接收加压水。
15.根据权利要求14所述的波浪动力设备，其中，所述压力管(6)连接到能够将加压水转换成能量的涡轮机(32)。
16.根据权利要求1所述的波浪动力设备，其中，所述至少两个液压缸沿所述基本静止构件(2)的长度轴线(18)围绕每个效应器(11)对称地布置。
17.根据权利要求5所述的波浪动力设备，其中，所述系泊链布置在所述基本静止构件(2)的每个端部中。
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