CN117355208A - 自由流人工上涌系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种上涌器阵列，所述上涌器阵列被构造成设置在水体中并且具有一个或多个上涌器系统。所述一个或多个上涌器系统包括：被构造成浮在所述水体的表层上的浮标；联接到所述浮标的系绳；以及联接到所述系绳的水翼旋翼。所述水翼旋翼被构造成基于所述系绳的长度设置在所述水体中。

Description

自由流人工上涌系统和方法

关于联邦政府赞助研究的声明

本发明是根据由美国能源部的能源高级研究计划署授予的合同号DE-AR0000923在政府支持下进行的。政府享有本发明中的某些权利。

相关申请的交叉引用

本申请是2021年5月10日提交的名称为“FREE FLOW ARTIFICIAL UPWELLINGDEVICE”的美国临时申请号63/186,630的非临时申请并要求其权益，其代理人案卷号为0105198-036PR0。该申请据此出于所有目的全文以引用方式并入本文。

背景技术

上涌将冷的富含营养物质的水带到海洋的表面，这极大地增加了生物生产量，全球鱼类生产的大约25％来自天然上涌，该天然上涌仅占海洋总面积的5％。其他估计表明，沿海上涌区域仅占海洋表面的百分之一，但它们却贡献了世界上大约50％的渔业上岸量。相比之下，海洋的绝大多数实际上是一片荒漠，表层水中的营养物质浓度较低，但是一旦在光合作用和波浪混合区以下，营养物质就显著增加。深海是真正巨大的硝酸盐储库。实际上，浮游植物在死亡之前吸收表层营养物质并使这些营养物质下沉，从而剥夺表层水的这些营养物质。在夏季月份期间尤其如此，此时最容易获得用于光合作用的阳光。因此，深海中的生物生产量平均几乎是陆地的十分之一。在理想环境下，海藻和浮游植物的生物生产量显著超过陆生植物的最高产量。

在海洋中存在密度梯度，称为密度跃层，其主要受盐度和温度梯度控制。这导致海洋的分层并产生重力势能，上涌必须以该重力势能为动力。如果没有密度梯度或分层，则混合可以更自由地发生，并且只需很少的能量即可将富含营养物质的深层水带到表层。因此，在冬季月份内和靠近两极的地方，表层营养物质趋于增加，表层水由于温度较低而变得更稠密。

人工上涌能够集中冷却和催肥表层水，从而大大提高生物生产量，其方式与催肥农田并无二致。这可广泛应用于水产养殖，包括海藻、软体动物和鱼类，而且也可帮助重振自然生态系统。即使在存在大量捕捞的情况下，上涌的显著增加也可用于帮助重新建立鱼类资源，和依赖于这些鱼类资源的高等营养动物，诸如鲸鱼。从深处升起的凉的清洁水还可直接改善各种生态系统的健康状况，例如减少养鱼场中的虱子或减轻可能引起珊瑚白化的变暖事件。类似地，滤食动物消耗的生物物质往往会随着深度的增加而增加。

水具有高密度和比热容。非常低的能量流可传递大量的热能。在驱动水流的能量和水流携带的热能之间存在大约100,000倍的倍数，并且这对于减缓气候变化具有直接的意义。例如，冷却给定位置中的表层水可对当地大气环境具有直接影响，包括影响空气温度、云层覆盖、降水等。将较冷的水泵送到大陆架上可用于直接减缓较暖的水朝向两极的总体移动，并且由此减缓对水温敏感的许多物种的迁移。

在极端情况下，人工上涌可用于直接影响全球气候。例如，冷却的表层水可直接防止导致飓风形成的温暖的表层水，从而防止飓风产生。或者冰川前面的冷却水可隔离并保护冰川免受温暖海水的影响，并且由此减慢冰损失的速度。大规模的人工上涌和下涌也可用于直接改变洋流，例如，减慢洋流进出北极，从而导致北极的冷却，北极冰覆盖的增加，以及将起到全球冷却作用的反照率的增加。

附图说明

图1示出了水翼旋翼系统的实施方案，该水翼旋翼系统包括经由系绳联接到浮标的水翼旋翼。

图2是图1的水翼旋翼系统的系索和叶片组件的特写视图。

图3示出了上涌器系统100的实施方案300，该上涌器系统包括经由系绳170联接到浮标140的系索翼310。

图4示出了翼部的实施方案。

图5示出了根据一个实施方案的联接到船的翼部。

图6示出了根据另一实施方案的联接到系泊系统的翼部。

图7示出了包括多个上涌器系统的上涌器阵列的示例，该多个上涌器系统以阵列网格构造进行设置并且经由多个阵列线联接。

图8示出了具有细长矩形形状的上涌器阵列的示例，其允许水流围绕正面并沿着上涌区的侧面偏转。

图9示出了经由多个系泊锚锚定到海床的上涌器阵列的示例。

图10示出了具有联接到上涌器系统的浮标的第一系泊系统和第二系泊系统的上涌器系统的示例。

图11示出了具有联接到上涌器系统的中心枢纽的系泊系统的上涌器系统的示例。

应当注意，附图未按比例绘制，并且出于说明性目的，贯穿附图，类似结构或功能的元件通常由相同的附图标记表示。还应注意，附图仅意图促进对优选实施方案的描述。附图未示出所描述实施方案的每个方面，并且不限制本公开的范围。

具体实施方式

表层水中硝酸盐含量可能较低，在夏季期间尤为如此，但在混合光合作用区以下，硝酸盐水平可能迅速增加。通过将更深更冷的富含营养物质的水带到表层，可以大大提高水基农业系统的产量。本文所公开的各种实施方案涉及使用波浪和太阳能来驱动大的悬浮水翼旋翼的上涌器技术，该大的悬浮水翼旋翼将较深的水泵送到表层。一些示例看起来像倒置的吊扇，并且通过的每个波浪向上和向下升降水面浮标，从而泵送水翼叶片，该水翼叶片像鸟翼一样拍打并且驱动周围的旋翼。由于直径较大，一些示例的上涌器能够以较低的资本成本实现较高的流速。根据可用的波浪能、营养物质分布和密度跃层，可实现相当于每吨$10至$100的硝酸盐输送。在一些示例中，该技术允许海藻的全年生长，其中在生长通常减慢的夏季月份期间将冷的富含营养物质的水带到表层。在各种示例中，产量可显著增加并且变得更加一致。

各种实施方案可实现陆地养殖规模的海藻养殖。这些可包括太阳能驱动的上涌装置，该装置将深的、冷的、富含营养物质的水带到其可显著增加产量的表层。海藻养殖可直接获得实际上无限的硝酸盐资源，并且在各种示例中可产生比陆地养殖大一个数量级的生产产量，对于蛋白质而言尤为如此。海藻养殖场可取代大面积的农田，使其回归自然，并且除去大气中的二氧化碳，同时总体上改善海洋生态系统并充当许多鱼类的苗圃。它可以成为减缓气候变化、恢复自然生态系统和为世界提供食物的高影响力解决方案。

例如，除了海藻养殖之外，这种技术还可用于环境保护和恢复，包括天然海带林的再生、保护珊瑚礁免受温暖事件的影响、通过增加浮游植物的产量恢复当地鱼类资源、全面保护免受气候变化等。上涌装置的冷却能量可以是泵送能量的100,000倍。即，在一些示例中，直径为15米的10kW的上涌器装置可将1GW的冷却水带到表层。

本公开的一个方面涉及水翼旋翼的示例性实施方案，该水翼旋翼悬浮在随波浪上下移动的水面浮标下方。当浮标和连接系绳上下移动水翼旋翼时，叶片以使人想起鸟拍打其翼的方式拍打，并且在这样做时，旋翼可被向前推进以旋转。因此，旋翼可变成大直径的自由流螺旋桨，在各种实施方案中，该大直径的自由流螺旋桨以稍微柱状的喷射流朝向表层向上泵送水，在一些示例中，该喷射流可有利地保持稍微柱状多达其初始直径的十倍，这可类似于飞机螺旋桨后面或冷却风扇前面的喷射流。

旋翼可被加重以便自然下沉。各种实施方案中的这些叶片通常自由枢转(例如，在提升中心的前方)并且该旋翼可被加重，使得当来自水面浮标的向上的系索张力减小时这些叶片自然地下俯。这可允许叶片顺桨至低阻力角，并且可允许它们更快地下沉。当系绳张力例如通过水面浮标在波浪上的向上运动而增加时，在各种实施方案中，到水翼叶片的弦向主系索可被动地使叶片俯仰到最佳攻角，以生成向上推动水的升力。

水的密度是海平面空气密度的800多倍，并且水翼上的载荷可能相当大。可采取多种形式的顺翼展方向的辅系索可用于在叶片的翼展上分配载荷，这在一些示例中可大大减小叶片上的弯曲载荷，并且可减少叶片结构、质量和成本。特别是在更大的范围内，从结构上看，这与吊桥并无二致。

转到图1，水翼旋翼系统100的实施方案包括水翼旋翼110，该水翼旋翼经由系绳170联接到浮标140。在图1的示例中，水翼旋翼110被示出为包括从中心枢纽114径向延伸的多个叶片组件112A、112B、112C。该示例中的叶片组件112包括从中心枢纽114延伸的轴116，该轴连接到叶片118，该叶片具有设置在叶片118的终端处的推进器120。

在各种实施方案中，叶片组件112可被构造成上下俯仰。例如，在一些实施方案中，叶片组件112可相对于由系绳170限定的轴线俯仰，其中一种构造使得叶片组件112设置在垂直于由系绳170限定的轴线的公共平面内，而其他构造使得叶片组件112相对于由系绳170限定的轴线成一定角度(例如，0°、10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°、100°、110°、120°、130°、140°、150°、160°、170°、180°等)。在一些实施方案中，叶片组件112可被构造成响应于浮标140在水体(例如，在海洋、湖泊、河流、或人工水体的波浪中)的顶部上相对于水翼旋翼110上下移动而被动地上下俯仰(例如，经由中心枢纽114处的铰链、轴杆等)。在一些实施方案中，叶片组件112可被构造成经由电动马达、流体致动器等俯仰。

在各种实施方案中，叶片组件112的俯仰可致使叶片组件112旋转(例如，围绕由系绳170限定的轴线)。这种旋转力可基于叶片组件112的构造被动地和/或基于由马达等生成的主动旋转力施加。因此，如本文所讨论的，在一些示例中，叶片组件112可充当自由流螺旋桨，该自由流螺旋桨朝向水翼旋翼110设置在其中的水体的表层向上泵送水。在各种示例中，这种流可具有柱状流动配置。

在各种实施方案中，叶片组件112可被构造成旋转(例如，围绕由叶片组件112的轴116限定的中心轴线)。在一些实施方案中，这种旋转可以是被动的和/或主动的(例如，经由马达)。在一些示例中，叶片组件112的这种旋转可允许叶片118顺桨至更高或较低的阻力角，这可允许叶片组件112更快地下沉或者对远离浮标140更快地下俯提供更小的阻力；对下俯提供更大的阻力；对上仰提供更小的阻力；对上仰提供更大的阻力；对水翼旋翼110的旋转提供更小的阻力；对水翼旋翼110的旋转提供更大的阻力；等等。

如图1和图2所示，在各种实施方案中，一个或多个系索组件122可从系绳170延伸到叶片组件112。例如，系索组件122可包括从系绳170弦向延伸的主系索124以及从主系索延伸到叶片118上的位置的两个或更多个辅系索126。在各种实施方案中，顺翼展方向的辅系索126可被构造成在叶片118的翼展上分配载荷，这在一些示例中可减小叶片118上的弯曲载荷，并且可理想地允许减少叶片组件112的质量和成本。

在一些实施方案中，叶片组件112的终端处的推进器120可包括马达或类似装置，该马达或类似装置可被构造成主动地产生水翼旋翼110的旋转，减慢水翼旋翼110的旋转，在水体中移动水翼旋翼110等。作为推进器120的补充或替代，一些实施方案可包括稳定叶片组件112的一个或多个被动环、圆筒、吊舱、翅片或翼片。此类稳定和/或移动结构可位于水翼旋翼系统100上的其他合适位置(作为叶片组件112的终端的替代或补充)处，诸如或沿着叶片118的长度。

在各种实施方案中，系绳170可包括刚柔并济的构件，诸如缆绳或绳索，该刚柔并济的构件具有一定的弯曲或挠曲能力，同时在水翼旋翼110与浮标140之间提供强联接。例如，这种系绳170可提供水翼旋翼110距浮标140的最大半径，系绳170的挠曲允许水翼旋翼110在该最大半径内移动至少一点(例如，当浮标140在水体中的波浪上上下移动时)。然而，在另外的实施方案中，系绳170可以是脊状的并且基本上是不可弯曲的，使得水翼旋翼110经由系绳170基本上保持在距浮标140的最大半径处。

虽然一些实施方案可具有固定长度的系绳170，但另外的实施方案可被构造成改变系绳170的长度，使得可改变浮标140与系绳170之间的最大距离。例如，在一些实施方案中，浮标140可包括绞盘，该绞盘允许缩回或伸长系绳170(例如，绳索，缆绳等)的一段长度。

虽然水翼旋翼110在一些实施方案中可以是完全被动的(例如，缺少主动结构和/或电或燃料驱动的元件)，但在一些实施方案中，水翼旋翼110可包括被构造成如本文所讨论的那样移动水翼旋翼110的部分的动力元件、获取数据的传感器、接口元件等。例如，在一些实施方案中，水翼旋翼110可包括一个或多个温度传感器、运动传感器、加速度计、罗盘、流量传感器、GPS单元、深度传感器、电导率传感器、水听器、灯、扬声器、屏幕、声纳、相机等。

在各种实施方案中，此类元件可经由以下各项中的一项或多项来供电：水翼旋翼110处的电池；从浮标140经由系绳170延伸到水翼旋翼110的电力线；浮标140处的电池；到基站(例如，在水体中，诸如轮船、船或者平台或陆基站)的电力线等。电源可包括电池、可再生能源(例如，太阳能、风能、波浪作用、水流能等)或电力网。在一些实施方案中，系泊绳张力变化可与竖直系绳运动相结合，以便另外从波浪中的非竖直浮标运动中提取动力。

另外，去往和/或来自此类元件的通信可包括有线和/或无线通信。例如，经由以下各项中的一项或多项：水翼旋翼110处的有线连接；从浮标140经由系绳170延伸到水翼旋翼110的有线连接；到基站的有线连接；从浮标140到基站的无线连接；从浮标140到水翼旋翼110的无线连接；等等。在一些实施方案中，水翼旋翼系统100的部分(例如，水翼旋翼110和/或浮标140)可包括计算系统，该计算系统包括处理器、存储在被执行时实现各种功能的指令的存储器、通信模块、电源等中的一者或多者。然而，在一些实施方案中，可明确不存在此类元件。

在各种实施方案中，水翼旋翼110可在高达其直径十倍的深度处操作，而另外的实施方案在水翼旋翼110的直径的5、6、7、8、9、10、15、20倍的深度处操作。一些实施方案的水翼旋翼110的直径可在几米到超过一百米的范围内，在一些示例中，在较大的深度处优选较大的直径以保持连贯的上涌羽流。例如，在一些实施方案中，水翼旋翼110的直径可在5米至30米的范围内，而另外的实施方案具有0.25m、0.5m、1m、2m、5m、10m、20m、30m、50m、100m、150m、200m、250m或这些值内的范围的直径。

在一些示例中，旋翼操作深度可在30米至150米的范围内，这可基于各种因素，诸如海洋深度、温跃层/密度跃层，并且有用的营养物质随深度增加。另外的实施方案可在1m、2m、5m、10m、20m、30m、50m、100m、150m、200m、250m、500m、1000m、2000m、3000m、4000m或这些值内的范围的深度处操作。系绳170可相应地被构造用于此类操作深度或范围。在一些示例中，深海操作可获得更高的营养物质浓度。一些实施方案的较大系统100可能相称地变得更重和更昂贵，并且在后勤方面更具挑战性，但可能具有更低的固定成本，这可使得此类系统合乎需要。

在水平水流流动中，在各种实施方案中，旋翼的一侧可经历比另一侧更快的流动。这可导致水翼旋翼110的一侧产生比另一侧更大的升力，从而可致使水翼旋翼110倾斜并向侧面推进。这可进一步导致水翼旋翼110的旋转不稳定性。循环俯仰控制可以是减轻此类不稳定性的一种方法，同时高旋翼尖端速度也可减小这种影响。在一些实施方案中，系索上涌器设计的另一种可用方法是使水翼旋翼110成锥形，使得叶片升力矢量更靠近浮标140的转动点。在一些示例中，这可用于减小叶片升力力矩，否则叶片升力力矩可能用于使水翼旋翼110倾斜。

较高纵横比的水翼叶片118可具有较低的弦长，并且在一些示例中可更轻、更快和更有效。然而，在一些示例中，在海洋动物濒危方面可能会出现权衡问题。一般来讲，如果需要进一步提高稳固性以实现期望的性能，则可采用更低的速度来降低这种风险，导致使用更大的叶片118，并且在一些示例中，使用更多的叶片118。也可在各种实施方案中使用不同的更柔顺的材料，特别是在前缘处，以减少海洋动物撞击的后果。

在一些示例中，可将叶片扭转结合到螺旋桨或水翼旋翼110中，以便优化沿翼展的叶片攻角并且适应穿过螺旋桨盘的扫掠区域的恒定速度流。对于还必须顺桨以进行向下运动的俯仰拍打叶片的一些实施方案而言，叶片扭转可能是有问题的。在一些示例中，沿叶片组件112的翼展的恒定俯仰可降低效率。各种实施方案中的一种减轻方法可以是允许叶片组件112扭转地挠曲，使得叶片扭转随着俯仰拍打运动而变化。在一些示例中，自动地将叶片俯仰到最佳攻角的主系索122可帮助解决这一问题。一些实施方案可包括沿螺旋桨或水翼旋翼110半径的非恒定速度流，这可偏离传统的致动器盘假设-中心枢纽114附近的垂直流速可小于叶片组件112的尖端附近的垂直流速。实际上，在各种实施方案中，叶片尖端扫过大部分区域并且承担大部分工作，并且中心枢纽114附近的流体动力性可能不太重要。在一些示例中，中心枢纽114附近的高流体动力性能并不重要，并且可换取其他设计优先事项，如结构需要和成本。

在一些实施方案中，可将推进器120添加到水翼旋翼110，例如，在叶片118的尖端处，使得可同时地且独立于波浪作用地为水翼旋翼110提供动力。有节奏地驱动主系绳170的绞盘可类似地用于独立地或结合波浪作用地泵送水翼旋翼110并为其提供动力。在一些实施方案中，推进器120(例如，电动的)可由独立的电源供电，例如，由如本文所讨论的发电机组、船用电源或岸上连接的电力传输电缆供电。在一些实施方案中，推进器120可由置于波浪浮标140的表面中并且在一些示例中与电池储能系统结合使用的太阳能阵列供电。在各种实施方案中，在夏季月份期间，当太阳能通常较高，波浪能通常较低，并且当营养物质和密度跃层通常最明显时，太阳能可显著增加上涌。在一些示例中，推进器120还可减少对旋翼110上的添加质量的需要，以帮助在向下运动期间保持旋翼速度。在制动模式中，各种实施方案中的推进器120可用于减慢旋翼110并降低其功率，在一些示例中，这可用于极端条件，可用于存在例如与海洋动物的潜在碰撞的情况。在一些实施方案中，推进器120可由一个或多个风力涡轮机提供动力，这些风力涡轮机在一些实施方案中可与浮标140集成在一起。

可在各种实施方案中实施控制算法，其根据旋翼旋转角度有节奏地驱动旋翼电动推进器120。这能够以很少的附加成本实现稳健的循环控制方法。例如，通过循环地增加旋翼110的一侧上的推力，旋翼盘可主动地旋转离开竖直轴线，从而产生偏离竖直的推力矢量，该推力矢量可用于经由系绳170提供水平推力分量并且/或者用于使水平水流在竖直方向上偏转。在一些示例中，水平推力分量可用于主动地移动包括浮标140的上涌器系统100，以减小锚定结构上的载荷，将水流动力转换成上涌动力等。

在一些实例中，可附接两个或更多个推力器120，例如，一个在叶片120上方，一个在该叶片下方，使得可使用不同的推力来改变叶片俯仰。致动尾部平面可类似地用于叶片俯仰控制。在一些示例中，这可用于叶片俯仰的直接共同和循环控制。在一些示例中，它可实现使旋翼110降低功率并使其停止旋转的叶片顺桨模式。这种实施方案可例如响应于外部触发以及自动和手动关闭而使用。

在一些情况下，电动推进器120可用作发电机，从旋翼110的旋转中提取动力。如果需要，这可实现利用波浪和水流发电，并且在一些示例中，发电水平足以向外部系统供电。在一些情况下，这种电力可用于为机载系统提供动力，在其他情况下，这种电力也可用于通过将推进器120用作有节奏地驱动的阻力制动器来放大循环控制。在一些情况下，阻力制动器推进器操作可用作旋翼110本身的紧急制动系统，例如，以降低海洋动物的风险和缠结。阻力制动操作不一定需要外部动力，并且在一些示例中甚至可生成净动力。

在各种实施方案中，上涌器系统100可使用两点、三点或更多点的系泊系统，在一些示例中，这些系泊系统可与水下浮标结合以保持系泊绳张力并且保持系泊绳远离上涌装置。在一些示例中，上涌器系统100可直接集成到其他浮动结构(例如，水产养殖单元或阵列)中，以便减少附加的部件和成本。在一些示例中，上涌器系统100也可通过附接到旋翼110下方的点的单点系泊装置从下方系泊，并且设置有足够范围的绳或链等以适应旋翼的竖直运动。此类实施方案可包括水下旋转系统。弹性系泊装置可用于各种实施方案中，并且在一些情况下，这可减少对旋翼进行配重的需要。

例如，如图3的实施方案300所示，系索翼310可经由附接到浮标140的系泊轴352联接到系泊系统350。系泊锚354可经由系泊系绳358联接到系泊轴352的端部356。在另一示例中，如图6的实施方案600所示，翼部400可经由附接到浮标140的系泊轴352联接到系泊系统350。系泊锚354可经由系泊系绳358联接到系泊轴352的端部356，其中系泊浮体650联接到系泊轴352的端部356。

系泊锚354可以各种合适的方式安装，包括锚安装ROV，诸如在2021年1月27日提交的名称为“VEHICLE FOR INSTALLING ANCHORS IN AN UNDERWATER SUBSTRATE”的美国专利申请号17/159,632中所公开的，该申请据此出于所有目的以引用的方式全文并入本文。

系泊系统350等可用于具有一个或多个上涌器系统100的各种实施方案中。例如，图9示出了用于定位上涌器阵列700的多个系泊系统350的示例。图10示出了上涌器系统100的示例，该上涌器系统具有联接到上涌器系统100的浮标140的第一系泊系统350A和第二系泊系统350B。在一些实施方案中，系泊系统350A、350B可联接到浮标140的相反两侧(例如，180°)，或者可彼此以任何合适的角度(例如，50°、60°、70°、80°、90°、100°、110°、120°、130°、140°、150°、160°、170°、180°等)联接。在另外的实施方案中，一个或多个系泊系统350可联接到上涌器系统100的各种其他元件，诸如图11所示的中心枢纽114。在另外的实施方案中，任何合适的多个系泊系统350可联接到浮标140、中心枢纽114或其他位置，包括2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、50等。此外，在另外的实施方案中，可以各种合适的方式来构造系泊系统350，并且本文中的示例不应理解为限制性的。另外，如本文所讨论的，术语“阵列”不应理解为需要多个上涌器系统100；因此，在一些实施方案中，并且上涌器阵列700可包括单个上涌器系统100或任何合适的多个上涌器系统100。

旋翼的循环控制可允许各种示例中的上涌器系统100与单点系泊系统一起部署，从而使用循环控制和推进器动力来帮助确保旋翼110不缠结系泊绳。在各种示例中，基于压缩结构的系泊绳构件也可使这成为可能-防止旋翼系泊绳缠结。在一些实例中，循环控制可提供独立的位置保持，从而允许上涌器系统100将波浪能和太阳能转换成例如允许上涌器系统100在其自身动力下移动和导航的向前推力。在一些示例中，以低速产生高推力可用于控制浮动结构的位置和速度；例如，大型自由浮动海带养殖场。类似地，在一些示例中，上涌器旋翼系统100可用作轮船和其他此类浮动平台的虚拟锚。

例如，上涌器可用作(例如，非常大的、低速)螺旋桨，例如，以类似拖船的能力在低速下以高推力牵引。例如，可使用波浪能、风能或太阳能来进行驱动；替代地或除此之外，该操作可由船的动力和上涌器系统100上的推进器来提供动力，等等。例如，上涌器可从船系统100部署，由船提供动力，和/或用于在低速下以高推力并且以相对低的动力使用来牵引船以及可附接到其的任何其他方面。除了主动位置保持和类似拖船的操作之外，该方法还可用于牵引大的水产养殖结构，等等。其也可用于阵列中，或者可根据需要部署多个系统以在多个方向上进行牵引(参见例如图7)，等等。在各种实施方案中，这可用于保持拉伸结构(例如，海藻养殖场)中的张力。

通过使旋翼110偏离垂直方向倾斜，可将水流直接转换成上涌。水翼旋翼盘可用作使水流向上偏转的大的低纵横比水翼。在一些情况下，这可被动地发生，其中共同旋翼系统100上的阻力致使其像钟摆一样摆动并且倾斜到引起该向上的水流偏转的角度。在一些示例中，极端设计载荷情况可用自动降低功率系统来解决。向旋翼系统100增加重量可减小水翼叶片118的水平流投影面积，从而在各种示例中减小这种倾斜。在一些实施方案中，也可使用循环控制来控制该水流偏转。

在一些情况下，可通过将缆绳连接到旋翼叶片(以响应于摆移动而改变叶片俯仰的方式进行附接)来将单独的摆体和/或阻力部件附接到旋翼枢纽。这可实现用于减轻旋翼系统100的水流倾斜的简单的机械循环控制方法。在各种示例中，叶片118的锥形化也可帮助解决这一问题。类似地，在一些实施方案中，主系索122和表面旋转系统可用于进行循环控制。例如，通过在给定方向上调整表面旋转的角度，并且使用系索122将该角度转移到循环控制系统中。类似地可采用类似直升机的旋转斜盘系统。

在各种示例中，波浪高度和周期可直接限制旋翼110可用的流动动能。这可能与当地密度跃层和期望的操作深度匹配，也可能与之不匹配。旋翼110可在不同的深度处阶梯化以帮助减轻这种情况，包括多个旋翼110在单个系绳170和/或波浪浮标系统140上，以及不同深度旋翼110共同操作的上涌器系统100的阵列(参见例如图7)。在各种实施方案中，可能希望用更大的旋翼110从深海中的更大深度进行泵送，并且在深海中可获得更大的波浪能，从而可能更容易做到这一点。在一些示例中，相对于波浪能和密度跃层，尺寸不足的旋翼110可产生较高转速、较低流速的上涌。在各种实施方案中，流动夹带是可能的。在一些示例中，可使用旋翼110的一些水平运动来增加旋翼110的有效扫掠面积。就像一架向前飞行并且也许正在盘旋飞行的直升机。在各种实施方案中，旋转轴线的位置可利用旋进。这在各种示例中可具有混合益处。

上涌器旋翼110的波浪致动运动可产生脉动流，该脉动流可更好地促进上涌羽流的混合，驱动该动作的表面波浪也是如此。经由推进器120对旋翼110的直接驱动可提供更连续的流动，但在一些示例中可能仍然存在包括尖端涡流的叶片元件水平的流动畸变。在一些示例中，上涌羽流可与任何水流一起移动，并且在一些情况下，由于上涌水的密度较大，所以如果未充分混合，则上涌羽流可在一定程度上重新沉没。在各种示例中，在最终耗散之前，这种流动的重力能和势能可在一定程度上被保存，并且在一些情况下可导致可大幅下延水流的振荡的向上和向下流动。可采用各种方法来增加与较低密度的表层水混合的羽流，尤其是在夏季，此时这种情况可能更加明显。包括重复地将水带到表层的不同的叶片设计和上涌器系统100的阵列，例如部署在多个深度处，注意，随着混合的增加，密度梯度可以减小，并且使水上涌所需的能量也随之降低。

例如，图7示出了包括多个上涌器系统100的上涌器阵列700的示例，该多个上涌器系统以阵列网格构造进行设置并且经由多个阵列线750联接。此类阵列线可被配置成提供物理联接、传输功率和/或传输通信。如图7的示例所示，上涌器阵列700可采用矩形网格构造，但在另外的示例中，上涌器阵列700可采用其他合适的构造，诸如圆形，或者采用由各种合适的正多边形(诸如三角形、矩形、五边形、六边形、七边形、八边形等)限定的阵列。此外，虽然图7的示例性上涌器阵列700包括九个上涌器系统100，但另外的实施方案可包括任何合适的多个上涌器系统100，诸如2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、15个、20个、25个、50个、75个、100个、200个、500个等。

在一些实施方案中，上涌器阵列可采取流线型形状的形式，该流线型形状允许水流以最小的阻力围绕上涌区偏转，从而实现上涌营养物质的更高浓度并减少水流的羽流损失。例如，图8示出了具有细长矩形形状的上涌器阵列700的示例，其允许水流805围绕正面810并沿着上涌区820的侧面815偏转。在各种示例中，可基于水流805的方向来定向上涌器阵列700，使得正面810等被定向到水流805中，由此使得水流805以最小的阻力围绕上涌区820偏转。

这种上涌器阵列700可被锚定到海床或其他合适的基座，从而可防止上涌器阵列700从期望位置大幅度移动。例如，图9示出了经由多个系泊锚354锚定到海床的上涌器阵列700的示例。上涌器阵列700包括多个上涌器系统100，该多个上涌器系统经由多个阵列线750联接在一起以限定上涌器阵列700。在一些实施方案中，多个上涌器系统100可以如图9所示的构造集成到锚定的海带养殖场中。

相反地，对于未锚定的主动移动的上涌器阵列700或上涌器系统100，在一些实施方案中，这可减小整个系统的阻力并实现更高的速度。可以各种合适的方式来构造上涌器阵列700，用于偏转水流和/或产生更高的速度。例如，正面810可以是平坦的、圆形的或尖的，而侧面815是线性的、圆形的或其他合适的形状。

在一些示例中，多个旋翼110还可堆叠在单个系绳170和波浪浮标140上，这可类似于压缩机分级，从而如果需要则获得到更大的泵送功率来达到更大的深度和更多的表面混合。例如，靠近表层的旋翼110可特别设计成增加混合。一些旋翼设计在混合方面可能比其他设计更有效，并且可改变例如旋翼直径、叶片数量、速度纵横比和尾流以更好地促进混合。例如，许多较小的上涌装置100可部署在水体的表层附近，以在表层保持和混合上涌的水。在一些情况下，希望避免混合并代之以用更深的水来置换表层水。

例如，因为上涌羽流可随着水流而漂移，所以大的上涌器系统100的阵列(参见例如图7)和大的海带养殖场在一些示例中可更有效地捕获可能上涌的更大部分的营养物质。可能存在一种比例关系，即随着安装规模的扩大，可捕获更多的羽流。这对于一些较小规模安装的实施方案可能造成困难。未被直接拦截和利用的营养物质羽流将可能用于促进当地生态系统的发展。

各种实施方案中的上涌系统100可产生将以某种方式分散的羽流，该方式将随水流而变。在了解水流和其他海洋状态的情况下，可将上涌器100定位成更好地将所得一个或多个羽流置于所需位置。例如，在一些示例中，大的上涌系统100可放置在海带养殖场的上升流处，使得所得羽流大部分驻留在海带养殖场上。在一些情况下，上涌器系统100可主动地定位，以便连续地调节上涌的位置，从而即使在存在变化的水流强度和方向的情况下也保持其位置。

在各种示例中，上涌器系统100可在不同深度之间传递水流动量和流动。在一些情况下，上涌器系统100可用于控制通过诸如海带养殖场的表层结构的水流速度。例如，垂直流可用于产生虚拟流线型低阻力形状或其他水流阻碍物，从而防护表层结构不受水流全强度的影响、偏转水流或甚至放大水流。在一些实施方案中，也可优化通过海带养殖场的水流和分布以更好地促进营养物质摄取和生长。

在一些示例中，上涌器垂直流可用作虚拟波浪中断。类似于液压坡道，可促使波浪在局部上涌上中断。这可用作保护或防护物体不受波浪影响的方法，其也可用作在所需位置产生波浪的方法。在一些实施方案中，这可增加波浪能转换，以为上涌器系统100提供动力。

在各种实施方案中，上涌系统100可与当地地形结合以产生更广泛的上涌。例如，海湾入口处的上涌与潮汐流同时发生可有效地用于使整个海湾上涌。羽流在地理上受到有效的控制和约束，并且可控制流入海湾的水是温暖的表层水还是深冷的富含营养物质的水。一些示例的上涌可能需要无法达到的深度。在一些位置中，可通过在浅水区域的刚好上升流的深度处上涌来实现进入浅水区域的上涌。即使浅水区域较浅并且无法直接触及深冷的富含营养物质的水，也可置换温暖的表层水并且使浅水区域上涌。

例如，虽然旋翼的一个优选实施方案具有如图1的示例所示的三个叶片118或叶片组件112，但旋翼110可使用任何合适的多个叶片，并且在一些示例中不一定需要枢纽114。在一个示例性极端情况下，单个叶片旋翼110可包括、包含或基本上包括绕圈飞行的系索翼，诸如图3至图6中所示。

例如，图3示出了上涌器系统100的实施方案300，该上涌器系统包括经由系绳170联接到浮标140的系索翼310。系索翼310包括经由多个系索组件322联接到系绳170的端部314的多个叶片区段318，该多个系索组件包括主系索324和多个辅系索326。如图3的示例所示，系索翼310可经由附接到浮标140的系泊轴352联接到系泊系统350。系泊锚354可经由系泊系绳358联接到系泊轴352的端部356。

在另一示例中，图4示出了翼部400的实施方案，该翼部可联接到图5中的船510或联接到如图6所示的系泊系统350。如图4所示，翼部400可包括一对翼单元420，其中末梢尖部420设置在翼部单元410的端部处。中心翼片430可居中地设置在翼部单元410之间。翼片420、420可被构造成旋转或枢转，这可引导翼部400在水体中的移动(参见例如图5)。

在一些示例中，这样做的优点是可主动地改变环绕直径，并且由此改变上涌的有效扫掠面积和流速。多个叶片式旋翼110相对于一致的旋转轴线可具有稳定性益处。

在一些实施方案中，可使用上涌器装置上的流线型系索122来减小系索阻力并且提高旋翼性能。例如，系索122可包括、包含或基本上包括具有比圆形轮廓低得多的阻力的流线型水翼形状。在一些示例中，可能需要注意有关张力和质量的中心以避免颤动(振荡)。在各种实施方案中，系索112也可使用半刚性材料，诸如复合材料。在一些示例中，使用具有最小弯曲半径的部分刚性的复合系索112和系绳170还可帮助降低海洋动物缠结的风险和严重性。其他方法可用于圆形系索112以减少颤动(增加阻力的振荡)。

在各种实施方案中，旋翼110的循环控制(主动或被动)可通过使旋翼110远离系泊绳定位并且防止干扰来实现单点系泊的使用。该方法可应用于其他系泊结构变型以防止旋翼系泊绳缠结。

特别是在更大规模的情况下，旋翼运输、部署和安装在一些示例中可能存在实际挑战。在各种实施方案中，可采用旋翼折叠系统以方便后勤和安装。例如，旋翼叶片118或旋翼组件112可围绕枢纽114向后折叠，使得它们大部分彼此平行。一旦到达指定位置即伸出并锁定到位。在一些示例中，还可采用用于在海上附接和拆卸叶片118和/或旋翼组件112的方法。

在一个优选实施方案中，当承受载荷时，叶片118上的主系索124可设定攻角，而当处于下沉模式下时，叶片118经由连接到枢纽114的臂显著地铰接在压力中心的前方以用于顺桨。到枢纽114的单独的绳(其可用于升高和降低上涌器旋翼110)因此在各种实施方案中可用于使叶片118顺桨，从而在承受载荷时降低它们的功率。这可确保在部署期间，旋翼110在安全的降低功率状态下升高和降低。在一些实施方案中，该枢纽绳可用于在紧急情况下使旋翼110降低功率。例如，通过释放主系索112，即使仅短距离释放，或类似地绷紧枢纽系绳，旋翼110可降低功率。枢纽旋翼上的少量张力也可用于向前移动有效的主系索位置，从而在处于动力模式时减小叶片118的攻角。例如，被动的弹簧加载系统可集成到其中，以便自动地对上涌器系统100进行降低功率和载荷限制。

在一些但并非所有情况下，限制上涌器系统100的载荷的优选方法是利用波浪浮标浮体140的沉没。水翼升力名义上可以随着速度的平方而增加。一旦波浪变得足够大，垂直速度以及因此的水翼速度就可到达由波浪浮标浮体浮力匹配升力的点。当这种情况发生时，波浪浮标浮体140可开始沉没到波峰下方。这可用作载荷限制的非常直接和稳健的方法，也限制了上涌器系统100的垂直运动范围并且将波浪浮标140沉没到最恶劣的波浪下方。因此，在一些示例中，波浪浮标140和相关联的仪器、控制系统、计算系统、能量系统等可被设计成容许一定程度的沉没。

在各种实施方案中，波浪浮标140可被设计成使得波浪能提取最大化，尤其是在一些示例中的低波浪条件下，同时仍保持生存能力。在一些示例中，上涌器旋翼系绳170可附接到水面波浪浮标140的中心或浮标140的重心附近，这可使与水的浮动接合最大化，其方式为当浸没在大波浪中时可维持期望的稳定性和性能。在一些实施方案中，可使用在波浪浮标140的中心附近之外的位置处的连接来放大该上涌器旋翼冲程的竖直运动范围，但会损失一定的力—类似于杠杆。例如，升降浮标140在越过波浪时的竖直运动范围在船首或船尾处可大于在中心处。这可用作齿轮系统，并且能够更好地实现在陡峭的密度跃层和/或更大的深度中使用小波浪。如果需要，可使用各种机械系统来复制和增强这种效果。

此外，在各种实施方案中，直接竖直系索的浮标140名义上可仅在一个轴线(即竖直轴线)上提取波浪能。在一些实施方案中，两个附接但自由分开俯仰的浮标140可机械地连接到系绳170，其方式为还经由差动俯仰提取波浪能。在一些示例中，来自系泊绳的水平循环载荷或波浪浮标140的水平运动的波浪动力也可用于放大系绳和旋翼110的竖直运动。在一些示例中，这可显著地增加波浪能提取、运动范围以及上涌器系统100的动能和/或流速。

在一些示例中，水翼旋翼110的最大下沉速度可主要由旋翼110的阻力和旋翼110的重量来设定。在各种实施方案中，旋翼110和推进器120的旋转动量和动能可用于增加竖直下降速度。随着波浪高度的增加，并且也随着波浪周期的减小，所需的竖直下降速度可以增加，直到达到使用降低功率系统的点为止，例如沉没。旋翼110的重量和阻力可根据期望的操作波范围来设计。在一些示例中，可在旋翼枢纽114的下方添加额外的重量以便优化旋翼114的重量和对应的下沉速率。在各种实施方案中，可能希望避免系绳170在任何时候变得松弛，因为这可能导致高冲击载荷。

在各种示例中，可使用多个叶片铰链机构来使得叶片能够枢转，包括在水下操作的各种类型的轴承和挠曲件。在一些实施方案中，可使用叶片118和/或叶片组件112前面的简单铰链机构。在另外的实施方案中，可使用挠曲系统，包括挠曲铰链。将叶片118和/或叶片组件112的前缘向上和向下系紧回到枢纽114是以减小的载荷和高挠曲寿命来做到这一点的一个示例性方法。在一些示例中，使用扭转挠性接头或构件来将叶片压缩载荷传递到枢纽114上。

旋翼叶片118和/叶片组件112可被构造成具有很强的弯曲性且具有扭转挠性。例如，通过使用开放式“C”型翼梁结构截面。这可允许叶片118扭转并且更好地适应拍打运动。主弦向系索122是仍然控制水翼部分的攻角或俯仰角的一个示例性方法。可将整个旋翼叶片118制成单件(包括允许进行拍打运动的挠曲件)。

在各种实施方案中，单个上涌器旋翼110可在高达其直径10倍的深度处部署，但在另外的实施方案中，其可以更深(例如，11倍、12倍、13倍、14倍、15倍、20倍、50倍等)或在一些实施方案中更浅(例如，9倍、8倍、7倍、6倍、5倍、4倍、3倍、2倍、1.5倍等)。在一些示例中，这可由旋翼110可保持的连贯的喷射流的长度和上涌可到达的距表面的距离来限制，所有这些都在密度跃层的范围内。在各种实施方案中，这可直接影响上涌器旋翼110的单位比例。一般而言，在一些实施方案中，旋翼110操作位置越深，就需要旋翼110越大，但也可采用分级方式。在恒定的盘载荷的情况下，旋翼110的结构质量在一些示例中可与接近直径的立方成比例，然而，随着深度的增大，盘载荷通常也将增加。因此，在一些示例中，较大的旋翼110可成比例地更重并且更昂贵，但这可通过更固定的单元成本比例(如仪器、安装成本、操作和维护等)来抵消。大部分大陆架的深度小于约120米，并且行进越过大陆架通常需要以高成本行进相当长的距离。虽然在一些示例中可实施更大更深的海洋上涌器系统，但各种系统都可在大陆架上操作并相应地调整规模。在一些示例中，波浪的大小可直接约束调整规模，尤其是在受保护的水域(包括波浪可能小得多的湖泊)的情况下。

上涌器系统100可由多种合适的材料构成，注意，在各种示例中海洋环境相容性可能是理想的。例如，旋翼叶片118和/或叶片组件可由木材、复合材料、塑料和金属(包括铝、钢和不锈钢)以及它们的组合构成。系绳170和系索122可由聚合物线(包括超高分子量聚乙烯)、钢丝绳和复合材料(诸如拉挤玻璃纤维或碳纤维复合材料)构成。波浪浮标140可由钢、铝、复合材料和聚合物构成。在一些示例中，它可以是可膨胀的或具有刚性结构，并且可被设计成能够维持一定程度的沉没，这可能会或可能不会促进泡沫芯。太阳能阵列可集成到波浪浮标140的表面中，并且以允许一定程度沉没的方式集成，类似于仪器系统。

在一些示例中，用于科学研究的上涌器仪器系统可具有比用于一般性能监测的系统更高级别的复杂度和分辨率。在一些实施方案中，可用于上涌器系统的简单性能监测仪器系统可包括一个或多个惯性测量单元(IMU)和用于定位、旋转、波动等的全球定位系统(GPS)。在一些示例中，深度传感器可用于旋翼竖直运动，并且载荷传感器用于测量旋翼载荷。除此之外，在各种实施方案中，可在系绳170的上下使用海洋监测系统，包括用于测量温跃层和密度跃层的温度和盐度传感器以及用于测量各种元素和化学物质的浓度、海洋透明度、生物含量等的直接海洋监测传感器。在各种实施方案中，气象传感器可用于水面上方、相机系统上方和下方以监测系统和周围环境，并且水听器可部署在水下(例如，以监测可能的海洋动物)。在一些示例中，可使用数据记录和通信系统(包括无线通信系统)来将该数据从上涌器系统传回。然后可以多种方式来使用该数据，包括关于性能、操作和维护的系统监测、紧急关闭响应、海洋环境监测等。

各种优选实施方案可被设计成稳健的并且在操作中很大程度上是被动的，以便能够在海洋环境中，有时在极端条件下使用许多年。除此之外，在一些示例中，可集成更多的主动控制系统以实现更精细的操作，优选地具有良性失效模式。

在各种实施方案中，上涌器系统100还可被构造成下涌或向下泵送水。在一些变型中，这可通过向上涌器旋翼110增加重量或向下的系泊张力以便抵抗向上的推力并且反转来自旋翼叶片118的净升力的方向来实现。

上涌器系统100的可能应用包括但不限于：水产养殖，包括海藻、软体动物和鱼类的养殖；环境修复，包括海藻、软体动物、鱼类和珊瑚的恢复和促进；用于环境修复的表层水冷却；飓风减少；冰融化预防；生态系统稳定(温度控制)；和一般气候控制，包括空气温度、大气湿度、洋流和风流以及海浪和海岸侵蚀的减轻。

本公开的至少一个实施方案可以根据以下条款来描述：

1.一种设置在水体中并且锚定到海床的上涌器阵列，所述上涌器阵列包括：

多个上涌器系统，每个上涌器系统包括：

浮标，所述浮标被构造成浮在所述水体的表层上，

系绳，所述系绳联接到所述浮标并且从所述浮标向下延伸到所述水体中，所述系绳包括被构造成弯曲或挠曲的缆绳，以及

水翼旋翼，所述水翼旋翼基于所述系绳的长度以在30米至150米之间的深度设置在所述水体中并且联接到所述系绳的终端，所述水翼旋翼包括：

中心枢纽，以及

多个叶片组件，所述多个叶片组件从所述中心枢纽径向延伸以限定在5米至30米范围内的直径，所述叶片组件中的每个叶片组件包括从所述中心枢纽延伸的连接到叶片的构件，所述叶片组件被构造成相对于由所述系绳限定的轴线上下俯仰，其中一种构造使所述叶片组件设置在垂直于由所述系绳限定的所述轴线的公共平面内，而其他构造使所述叶片组件相对于由所述系绳限定的所述轴线成非垂直角度，所述多个叶片组件被构造成围绕由所述系绳限定的所述轴线旋转，使得所述水翼旋翼用作自由流螺旋桨，所述自由流螺旋桨朝向所述水翼旋翼设置在其中的所述水体的表层向上泵送水，多个相应叶片组件被构造成围绕由相应叶片组件的相应构件限定的构件轴线旋转，以及

多个系索组件，所述多个系索组件从所述系绳延伸到所述叶片组件中的一个叶片组件，其中所述多个叶片组件中的每个叶片组件包括联接到其上的两个或更多个系索组件；

多个阵列线，所述多个阵列线在多个上涌器系统之间延伸并且将所述多个上涌器系统联接在一起形成矩形网格构造；以及

多个系泊系统，所述多个系泊系统分别联接到所述多个上涌器系统中的一个或多个上涌器系统，所述多个系泊系统锚定到所述海床并且被构造成经由所述多个阵列线将所述多个上涌器系统以所述矩形网格构造保持在所述水体中的位置处。

2.如条款1所述的上涌器阵列，其中所述水翼旋翼具有从所述中心枢纽径向延伸的三个叶片组件，其中所述水翼旋翼具有不超过三个叶片组件，其中所述三个叶片组件彼此以120度设置。

3.如条款1或2所述的上涌器阵列，其还包括多个推进器，其中相应的推进器设置在所述叶片组件中的每个叶片组件的相应终端处。

4.如条款3所述的上涌器阵列，其中所述浮标包括电源，所述电源被配置为向以下各项供电：

所述多个推进器；

设置在所述浮标处的计算系统；以及

设置在水翼旋翼处的一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置为向设置在所述浮标处的所述计算系统提供数据。

5.一种设置在水体中的上涌器阵列，所述上涌器阵列包括：

多个上涌器系统，每个上涌器系统包括：

浮标，所述浮标被构造成浮在所述水体的表层上，

系绳，所述系绳联接到所述浮标并且从所述浮标向下延伸到所述水体中，所述系绳包括被构造成弯曲或挠曲的缆绳，以及

水翼旋翼，所述水翼旋翼基于所述系绳的长度设置在所述水体中并且联接到所述系绳的端部，所述水翼旋翼包括：

中心枢纽，以及

多个叶片组件，所述多个叶片组件从所述中心枢纽径向延伸，所述叶片组件中的每个叶片组件包括从所述中心枢纽延伸的连接到叶片的构件，所述叶片组件被构造成相对于由所述系绳限定的轴线上下俯仰，其中一种构造使所述叶片组件设置在垂直于由所述系绳限定的所述轴线的公共平面内，而其他构造使所述叶片组件相对于由所述系绳限定的所述轴线成非垂直角度，所述多个叶片组件被构造成围绕由所述系绳限定的所述轴线旋转，使得所述水翼旋翼用作自由流螺旋桨，所述自由流螺旋桨朝向所述水翼旋翼设置在其中的所述水体的表层向上泵送水，多个相应叶片组件被构造成围绕主要与相应叶片组件的叶片翼展轴线对齐的铰链轴线枢转。

6.如条款5所述的上涌器阵列，其中所述系绳被构造成上下绞动以部署和收回所述水翼旋翼。

7.如条款5或6所述的上涌器阵列，其中所述多个上涌器系统的所述水翼旋翼设置在所述水体中30米至150米之间的深度处。

8.如条款5至7中任一项所述的上涌器阵列，其中从所述中心枢纽径向延伸的所述多个叶片组件限定在5米至30米范围内的直径。

9.如条款5至8中任一项所述的上涌器阵列，其中所述多个上涌器系统还包括从所述系绳延伸到所述叶片组件中的一个叶片组件的多个系索组件，其中所述多个叶片组件中的每个叶片组件包括联接到其上的一个或多个系索组件。

10.如条款5至9所述的上涌器阵列，其还包括在所述多个上涌器系统之间延伸并且将所述多个上涌器系统联接在一起形成网格构造的多个阵列线。

11.如条款5至10中任一项所述的上涌器阵列，其还包括一个或多个系泊系统，所述一个或多个系泊系统分别联接到所述多个上涌器系统中的一个或多个上涌器系统，所述多个系泊系统锚定到所述水体的底部并且被构造成将所述多个上涌器系统保持在所述水体中的位置处。

12.一种被构造成设置在水体中的上涌器阵列，所述上涌器阵列包括：

一个或多个上涌器系统，所述一个或多个上涌器系统包括：

浮标，所述浮标被构造成浮在所述水体的表层上，

系绳，所述系绳联接到所述浮标，以及

联接到所述系绳的水翼旋翼，所述水翼旋翼被构造成基于所述系绳的长度设置在所述水体中。

13.如条款12所述的上涌器阵列，其中所述系绳被构造成从所述浮标向下延伸到所述水体中，其中所述系绳包括被构造成弯曲或挠曲的缆绳。

14.如条款12或13所述的上涌器阵列，其中所述水翼旋翼包括：

中心枢纽，以及

多个叶片组件，所述多个叶片组件从所述中心枢纽延伸。

15.如条款14所述的上涌器阵列，其中所述叶片组件中的每个叶片组件包括从所述中心枢纽延伸的连接到叶片的构件。

16.如条款14或15所述的上涌器阵列，其中所述叶片组件被构造成相对于由所述系绳限定的轴线上下俯仰。

17.如条款14至16中任一项所述的上涌器阵列，其中所述水翼旋翼被构造成呈现：

第一构造，其中所述叶片组件设置在垂直于由所述系绳限定的所述轴线的公共平面内，以及

其他构造，所述其他构造使所述叶片组件相对于由所述系绳限定的所述轴线成非垂直角度。

18.如条款14至17中任一项所述的上涌器阵列，其中所述多个叶片组件被构造成围绕由所述系绳限定的所述轴线旋转。

19.如条款14至18中任一项所述的上涌器阵列，其中多个相应叶片组件被构造成围绕由所述叶片组件的相应长度限定的相应中心轴线旋转。

20.如条款12至19中任一项所述的上涌器阵列，其中所述水翼旋翼被构造成朝向所述水翼旋翼设置在其中的水体的所述表层向上泵送水。

所描述的实施方案容易具有各种修改和替代形式，并且通过举例方式在附图中示出了其特定示例并在本文中对其作出详细描述。然而应当理解，所描述的实施方案不限于所公开的特定形式或方法，而是相反，本公开涵盖所有修改、等效物和替代物。另外，给定实施方案的元件不应当被解释为仅适用于该示例性实施方案，因此一个示例性实施方案的元件可以适用于其他实施方案。另外，在示例性实施方案中具体示出的元件应被解释为涵盖包含此类元件，基本上由此类元件组成或由此类元件组成的实施方案，或者此类元件可明确地不存在于另外的实施方案中。因此，对存在于一个示例中的元件的叙述应解释为支持其中明确不存在此类元件的一些实施方案。

Claims (20)

1.一种设置在水体中并且锚定到海床的上涌器阵列，所述上涌器阵列包括：

多个上涌器系统，每个上涌器系统包括：

浮标，所述浮标被构造成浮在所述水体的表层上，

系绳，所述系绳联接到所述浮标并且从所述浮标向下延伸到所述水体中，所述系绳包括被构造成弯曲或挠曲的缆绳，以及

水翼旋翼，所述水翼旋翼基于所述系绳的长度以在30米至150米之间的深度设置在所述水体中并且联接到所述系绳的终端，所述水翼旋翼包括：

中心枢纽，以及

多个叶片组件，所述多个叶片组件从所述中心枢纽径向延伸以限定在5米至30米范围内的直径，所述叶片组件中的每个叶片组件包括从所述中心枢纽延伸的连接到叶片的构件，所述叶片组件被构造成相对于由所述系绳限定的轴线上下俯仰，其中一种构造使所述叶片组件设置在垂直于由所述系绳限定的所述轴线的公共平面内，而其他构造使所述叶片组件相对于由所述系绳限定的所述轴线成非垂直角度，所述多个叶片组件被构造成围绕由所述系绳限定的所述轴线旋转，使得所述水翼旋翼用作自由流螺旋桨，所述自由流螺旋桨朝向所述水翼旋翼设置在其中的所述水体的表层向上泵送水，多个相应叶片组件被构造成围绕由相应叶片组件的相应构件限定的构件轴线旋转，以及

多个系索组件，所述多个系索组件从所述系绳延伸到所述叶片组件中的一个叶片组件，其中所述多个叶片组件中的每个叶片组件包括联接到其上的两个或更多个系索组件；

多个阵列线，所述多个阵列线在多个上涌器系统之间延伸并且将所述多个上涌器系统联接在一起形成矩形网格构造；以及

多个系泊系统，所述多个系泊系统分别联接到所述多个上涌器系统中的一个或多个上涌器系统，所述多个系泊系统锚定到所述海床并且被构造成经由所述多个阵列线将所述多个上涌器系统以所述矩形网格构造保持在所述水体中的位置处。

2.如权利要求1所述的上涌器阵列，其中所述水翼旋翼具有从所述中心枢纽径向延伸的三个叶片组件，其中所述水翼旋翼具有不超过三个叶片组件，其中所述三个叶片组件彼此以120度设置。

3.如权利要求1所述的上涌器阵列，其还包括多个推进器，其中相应的推进器设置在所述叶片组件中的每个叶片组件的相应终端处。

4.如权利要求3所述的上涌器阵列，其中所述浮标包括电源，所述电源被配置为向以下各项供电：

所述多个推进器；

设置在所述浮标处的计算系统；以及

设置在水翼旋翼处的一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置为向设置在所述浮标处的所述计算系统提供数据。

5.一种设置在水体中的上涌器阵列，所述上涌器阵列包括：

多个上涌器系统，每个上涌器系统包括：

浮标，所述浮标被构造成浮在所述水体的表层上，

系绳，所述系绳联接到所述浮标并且从所述浮标向下延伸到所述水体中，所述系绳包括被构造成弯曲或挠曲的缆绳，以及

水翼旋翼，所述水翼旋翼基于所述系绳的长度设置在所述水体中并且联接到所述系绳的端部，所述水翼旋翼包括：

中心枢纽，以及

多个叶片组件，所述多个叶片组件从所述中心枢纽径向延伸，所述叶片组件中的每个叶片组件包括从所述中心枢纽延伸的连接到叶片的构件，所述叶片组件被构造成相对于由所述系绳限定的轴线上下俯仰，其中一种构造使所述叶片组件设置在垂直于由所述系绳限定的所述轴线的公共平面内，而其他构造使所述叶片组件相对于由所述系绳限定的所述轴线成非垂直角度，所述多个叶片组件被构造成围绕由所述系绳限定的所述轴线旋转，使得所述水翼旋翼用作自由流螺旋桨，所述自由流螺旋桨朝向所述水翼旋翼设置在其中的所述水体的表层向上泵送水，多个相应叶片组件被构造成围绕主要与相应叶片组件的叶片翼展轴线对齐的铰链轴线枢转。

6.如权利要求5所述的上涌器阵列，其中所述系绳被构造成上下绞动以部署和收回所述水翼旋翼。

7.如权利要求5所述的上涌器阵列，其中所述多个上涌器系统的所述水翼旋翼设置在所述水体中30米至150米之间的深度处。

8.如权利要求5所述的上涌器阵列，其中从所述中心枢纽径向延伸的所述多个叶片组件限定在5米至30米范围内的直径。

9.如权利要求5所述的上涌器阵列，其中所述多个上涌器系统还包括从所述系绳延伸到所述叶片组件中的一个叶片组件的多个系索组件，其中所述多个叶片组件中的每个叶片组件包括联接到其上的一个或多个系索组件。

10.如权利要求5所述的上涌器阵列，其还包括在所述多个上涌器系统之间延伸并且将所述多个上涌器系统联接在一起形成网格构造的多个阵列线。

11.如权利要求5所述的上涌器阵列，其还包括一个或多个系泊系统，所述一个或多个系泊系统分别联接到所述多个上涌器系统中的一个或多个上涌器系统，所述多个系泊系统锚定到所述水体的底部并且被构造成将所述多个上涌器系统保持在所述水体中的位置处。

12.一种被构造成设置在水体中的上涌器阵列，所述上涌器阵列包括：

一个或多个上涌器系统，所述一个或多个上涌器系统包括：

浮标，所述浮标被构造成浮在所述水体的表层上，

系绳，所述系绳联接到所述浮标，以及

联接到所述系绳的水翼旋翼，所述水翼旋翼被构造成基于所述系绳的长度设置在所述水体中。

13.如权利要求12所述的上涌器阵列，其中所述系绳被构造成从所述浮标向下延伸到所述水体中，其中所述系绳包括被构造成弯曲或挠曲的缆绳。

14.如权利要求12所述的上涌器阵列，其中所述水翼旋翼包括：

中心枢纽，以及

多个叶片组件，所述多个叶片组件从所述中心枢纽延伸。

15.如权利要求14所述的上涌器阵列，其中所述叶片组件中的每个叶片组件包括从所述中心枢纽延伸的连接到叶片的构件。

16.如权利要求14所述的上涌器阵列，其中所述叶片组件被构造成相对于由所述系绳限定的轴线上下俯仰。

17.如权利要求14所述的上涌器阵列，其中所述水翼旋翼被构造成呈现：

第一构造，其中所述叶片组件设置在垂直于由所述系绳限定的所述轴线的公共平面内，以及

其他构造，所述其他构造使所述叶片组件相对于由所述系绳限定的所述轴线成非垂直角度。

18.如权利要求14所述的上涌器阵列，其中所述多个叶片组件被构造成围绕由所述系绳限定的所述轴线旋转。

19.如权利要求14所述的上涌器阵列，其中多个相应叶片组件被构造成围绕由所述叶片组件的相应长度限定的相应中心轴线旋转。

20.如权利要求12所述的上涌器阵列，其中所述水翼旋翼被构造成朝向所述水翼旋翼设置在其中的水体的所述表层向上泵送水。