CN111373141A - 浮动的波能转换器 - Google Patents

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Abstract

适于安装于包括表面S、水E和底部F的水生环境中的浮动的波能转换器，其由包括能量产生装置以连接至锚(30‑1)和(30‑2)的连接装置的圆筒(10)实现，其特点在于，连接装置(20)相交。

Description

浮动的波能转换器
背景技术
考虑到全球变暖，使用可再生能源是必不可少的，海洋可再生能源，尤其是波浪能提供了巨大的能源潜力。
振荡水柱装置和喘振装置是已知的，但是所有这些装置都具有几个缺点。实际上，在铰接装置的情况下，存在与连接和机械接头有关的老化和尺寸确定的问题。另外，这些设备非常笨重，并且要求很高的安全性。
还存在用于回收波能的装置。其中一些是浮动装置，其将由波浪引起的浮动发生器的运动转换为能量。实际上，波浪产生了该浮动发电机的竖直运动，该竖直运动可以经由可以在浮动装置内部或外部的能量产生装置或通过可以产生电流的旋转驱动装置而转换为电能。
然而，大多数已知的浮动电能产生装置经由直接连接而被连接至位于水底的锚。取决于气候条件，即潮汐，可作用于漂浮装置的与漂浮、波浪和波涛相关的力可能非常重要，再次需要很高的安全性。
发明内容
本发明提供了一种浮动的能量发生器，该浮动的能量发生器不必直接固定至锚上，并且通过上述装置在水上的浪涌运动来实现能量产生。更具体地，本发明提供了一种旨在安装在包括表面S、水E和海床F的水生环境中的浮动的波能转换器，上述设备由包括能量产生装置和连接至锚的连接装置的圆筒10实现。其中该装置的特征在于，连接装置以特定方式相交。
附图说明
现在将根据非限制性的主要实施例并参考相关联的附图来描述本发明，在附图中不同的附图示出：
-图1：波能转换器在其安装环境中的透视图，
-图2：以截面显示的波能转换器的透视图，，
-图3a：连接装置的变型的仰视图，
-图3b：连接装置的另一变型的仰视图，
-图4：在波浪的传播方向上受到冲击的设备的正视图，以及上述设备在波浪上的定位的视图，
-图5：在与波浪的传播方向相反的方向上受到冲击的设备的正视图，以及上述设备在波浪上的定位的视图，以及
-图6：以截面显示并且具有鳍片的波能转换器的正视图。
具体实施方式
图1至图6示出了在参考X、Y、Z的正交法线框架中的波能转换器。图2是透视图的横截面，并且图1是放置在由水E组成的、具有表面S和海床F的海洋空间中的波能转换器的透视图。
在该空间中可操作地设置根据本发明的设备。波能转换器包括沿X轴延伸的圆筒10，该圆筒10放置在水E的表面S上并浸没到其体积的大约一半。
如图1和图2所示，圆筒10具有外圆筒壁12、两个侧壁13和内圆筒壁14，内圆筒壁14通过至少一个支撑隔板16固定至上述外壁12上。在径向平面X、Z上延伸的隔板16包括能量产生装置18，在这种情况下是电流发生器19。
波能转换器还设置有连接装置20，该连接装置20由至少两个紧固件22-1和22-2以及两个支撑绳索24-1和24-2实现。紧固件22-1和22-2被固定至圆筒10的外壁12，并经由上述支撑绳索24-1和24-2连接至浮动元件26-1和26-2。
上述浮动元件26-1和26-2各自通过至少一个系泊绳索28-1和28-2被系泊至海床F，至少一个系泊绳索28-1和28-2分别将浮动元件26-1和26-2连接至放置在海床F上的锚30-1和30-2。
圆筒10的外壁12的紧固件22-1和22-2相对于水平面对称放置，并且这些紧固件22-1和22-2被放置在圆筒的与支撑绳索24-1和24-2相对的侧上。因此，支撑绳索24-1和24-2沿Z轴在位于圆筒10的底部的点C处相交并且在图4、5和6中可见。上述绳索24-1和24-2也部分地围绕圆筒10缠绕。上述点C是圆筒上的参考。
圆筒10的两个外壁12和内壁14形成一个内部环形体积32，该内部环形体积32容纳例如水的液态流体34和在这种情况下为空气的气态流体35。在下部，圆筒10还包括压载件L，该压载件L可以被放置在环形体积32的内部或在圆筒10的外围上、在壁22的外部。在内部环形体积32内，在液态流体34的自由表面与至少一个支撑隔板16之间形成有两个腔室32-1和32-2。因此，上述两个腔室32-1和32-2一方面通过支撑隔板16被分离，另一方面通过液态流体34被分离。
如果所示的圆筒10具有两个简单的紧固件22-1和22-2，该两个简单的紧固件22-1和22-2相对于沿着穿过圆筒10的中心的平面X、Z延伸的中间平面对称放置，则有必要考虑该波能转换器实际上，通过两对支撑绳索241-1、241-2和242-1、242-2连接，该两对支撑绳索241-1、241-2和242-1、242-2分别来自支撑绳索24-12和24-22，并连接到两对紧固件(未示出)，该两对紧固件在圆筒10的任一侧沿Z轴放置在相同高度处。两个支撑绳索24-12和24-22可以简单地分开，如图3a所示，但也可以包括间隔件25，如图3b所示。
图3a和3b示出了这种类型的双支撑连结。
图6是类似于图1和2的波能转换器的透视图，但其中由至少一个支撑隔板16承载的能量产生装置18布置在波能转换器的下部。在该布置中，支撑绳索24-1和24-2在圆猪蹄10的上部相交。在该位置中，支撑绳索24-1和24-2部分地围绕圆筒10缠绕并且在点C处相交，点C位于圆筒10的顶部，优选在壁上。此外，外壁12还承载沿圆筒10的宽度径向向外延伸并扩展的鳍片40。圆筒10的宽度被认为是圆筒10的最长尺寸，其沿着X轴延伸。
现在将描述本发明的操作。圆筒10是水密浮动的圆筒。上述圆筒10能够容纳仅部分填充内部环形体积32的液态流体34。然后，液态流体34可以在内部环形体积32中自由移动。当圆筒10就位时，即浮动在在水E的表面S上，上述圆筒10被压载件L竖直地平衡，并且由于重力，液态流体34在上述圆筒10的下部。
同时，支撑绳索24-1和24-2将圆筒10连接到浮动元件26-1和26-2，上述浮动元件可以是浮标。上述浮动元件26-1和26-2附接到锚30-1和30-2。上述锚30-1和30-2在海床F上具有固定位置，并且通过系泊绳索28-1和28-2连接到浮动元件26-1和26-2。如果该说明书规定了用于将浮动元件26-1和26-2保持就位的单个系泊绳索28-1和28-2，则上述浮动元件26-1和26-2可以通过多个系泊绳索固定到多个锚，以便获得浮动元件26-1和26-2以及圆筒10的更精确定位。
因此，圆筒10可以直接附接到锚30-1和30-2，但上述圆筒10以及锚30-1和30-2将直接承受拉应力。圆筒10所承受的力可能很大，并且需要对锚30-1、30-2以及支撑绳索24-1和24-2进行适当的尺寸设计。因此，优选使用浮动元件26-1和26-2以避免任何直接应力。
实际上，浮动元件26-1和26-2使得可以将支撑绳索24-1和24-2水平放置。浮动元件26-1和26-2因此导致设计尺寸的优化和波能转换器的改进的耐久性，该波能转换器被设计成每年经受数百万个循环。
经历的波浪运动被认为沿着正交基准框架的Y轴传播。在图4和5中示出了这些波浪运动以及所引起的圆筒10的定位。图4和5仅示出了形成圆筒10的元件以及支撑绳索24-1和24-2。浮动元件26-1和26-2以及锚30-1和30-2未在图4和5中示出。圆筒10沿着X轴并且因此垂直于波浪的传播方向延伸。当波能转换器经受波浪运动时，其经常同时经受两个不同的运动。其所承受的第一运动是升沉运动，该升沉运动类似于沿Z轴的高度变化。第二运动是浪涌运动，该浪涌运动类似于沿Y轴的前向运动。
图4和图5的前提是，波浪沿沿Y轴，垂直于圆筒10的宽度地从左向右传播，并且波浪的增厚部分示出了圆筒10在水S的表面上的定位。当上述圆筒10经受浪涌运动时，由于波浪的传播，其沿水平轴运动。实际上，如图4所示，当圆筒10在波浪的上半部(限定为增厚部分)上浮动并通过波浪的顶峰时，该圆筒10经受浪涌运动Cav。然而，圆筒10的运动受到连接到位于圆筒10的外壁上的紧固件22-1的绳索24-1的限制。然后，支撑绳索24-1经由上述紧固点22-1保持圆筒10。然而，如果保持圆筒10的紧固点22-1并且由于波浪而使圆筒10继续经受浪涌运动Cav，则上述圆筒10然后经历围绕X轴旋转。因此，上述绳索24-1拉伸和解除缠绕，并且同时，绳索24-2围绕圆筒10缠绕。因此，圆筒10所经受的波浪的运动产生了上述圆筒10沿X轴在前向方向Av上的旋转。
图5示出了当圆筒10通过波浪的波谷在波浪的下半部上浮动使，圆筒10要经受的浪涌运动Car。
然而，沿该方向，圆筒10的运动受到连接到位于圆筒10外壁上的紧固件22-2的绳索24-2的限制。然后，支撑绳索24-1经由上述紧固点22-2保持圆筒。然而，如果保持圆筒10的紧固点22-2并且由于波浪而使圆筒10继续经受浪涌运动Car，则上述圆筒10然后经理围绕X轴的旋转。因此，上述绳索24-2拉伸和解除缠绕，并且同时，绳索24-1围绕圆筒10缠绕。因此，圆筒10所经受的波浪的运动产生了所述圆筒10沿X轴在后向方向Ar上的旋转。
当圆筒10经历这些先前描述的旋转时，液态流体34保留在圆筒10的下部，但是固定到形成圆筒10的内壁10和外壁12的支撑隔板16从图1所示的竖直位置经过到图4和5所示的倾斜位置。因此，支撑电流发生器19的支撑隔板16在一侧上更靠近液态流体34，而在另一侧上远离流体移动。包括电流发生器19以及液态流体34的、支撑隔板16的汇合生成气态流体35的压缩，并且支撑隔板16与液态流体34的分离生成了气态流体35上的负压。更确切地说，当如图4所示在Av方向上旋转时，腔室32-2被压缩而腔室32-1被减压；并且当在Ar方向上发生旋转时，腔室32-2被减压并且腔室32-1被压缩。由浪涌生成的压缩和减压，以及因此圆筒10的旋转，然后引起气态流体35通过针对上述气态流体35的唯一可能的通道循环。单个通道由承载电流发生器19的开口形成。然后，电流发生器19通过气态流体35的循环来驱动并产生电。
因此，能量产生在Cav和Car的两个浪涌方向上发生，因此在两个旋转方向Av和Ar上发生。
在图6所示的情况下，叶片40被添加到圆筒的外部并且径向地固定到圆筒10的外壁12。叶片具有通过限制滑动来增加浪涌效果的作用，并且还能够起到前面描述的压载件L的作用。上述叶片40被放置在圆筒10的下部上，而支撑绳索24-1和24-2被放置在圆筒10的上部上，支撑绳索24-1和24-2在上部的定位以及叶片40被独立使用也是可能的。图6还提供了可以采用的另一种解决方案，即支撑隔板16的定位，该隔板支撑放置在下部中的电流发生器19。
然后，波能转换器不再通过气态流体35的压缩而起作用，而是通过液态流体34的位移而起作用，例如内部海流涡轮机。实际上，电流发生器19直接放置在内部环形体积32的下部中的液态流体34中，这产生了上述发生器相对于液态流体34的运动。因此，壁16进入液态流体34的运动直接驱动发生器19。
在图1所示的波能转换器中，还可以耦合多个支撑隔板16，例如如图1所示的发电机19的支撑隔板16，但是增加了如图6所示的浸入液态流体34的附加的支撑隔板19。这样的装置使得可以将图6中所描述的装置的过压作用和浸入作用进行组合。也可以将多个支撑隔板16放置在腔室32中并浸入液态流体34中，以增加电能的产生。为了吸收传递到浮动元件26-1和26-2以及锚30-1和30-2的应力运动，支撑绳索24-1和24-2可以配备有制动元件，该制动元件位于平面X、Z中并且垂直于支撑绳索24-1和24-2固定，尤其是在浮动锚的情况下。

Claims (8)

1.一种适于安装在包括表面S、水E和海床F的水生环境中的浮动的波能转换器，所述波能转换器由圆筒(10)实现，所述圆筒(10)包括能量产生装置(18)和连接至锚(30-1)和(30-2)的连接装置(20)，其特征在于，所述连接装置(20)在位于所述圆筒(10)的底部或所述圆筒(10)的顶部的点C处相交。
2.根据权利要求1所述的波能转换器，其特征在于，所述连接装置(20)由固定至所述圆筒(10)的紧固件(22-1)和(22-2)、由连接至系泊至所述锚(30-1)和(30-2)的浮动元件(26-1)和(26-2)的支撑绳索(24-1)和(24-2)、以及由系泊绳索(28-1)和(28-2)实现。
3.根据权利要求1或2所述的波能转换器，其特征在于，所述圆筒(10)包括内部环形体积(32)、所述能量产生装置(18)、所述连接装置(20)，所述内部环形体积(32)包含液态流体(34)和气态流体(35)，所述能量产生装置(18)被放置在所述内部环形体积(32)中，并且所述连接装置(20)被连接到锚(30-1)和(30-2)。
4.根据权利要求1、2或3所述的波能转换器，其特征在于，所述能量产生装置(18)被放置在所述气态流体(35)和/或所述液态流体(34)中。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的波能转换器，其特征在于，所述能量产生装置(18)包括至少一个电流发生器(19)。
6.根据权利要求5所述的波能转换器，其特征在于，所述电流发生器(19)被放置在支撑隔板(16)中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的波能转换器，其特征在于，所述连接装置(20)由分别来自连接绳索(24-12)和(24-22)的两对支撑绳索(241-1)、(241-2)和(242-1)、(242-2)实现。
8.根据前述权利要求中任一项所述的波能转换器，其特征在于，所述圆筒(10)包括压载件L。
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