CN1989340A

CN1989340A - 波能转换装置

Info

Publication number: CN1989340A
Application number: CNA2005800202002A
Authority: CN
Inventors: 艾伦·罗伯特·伯恩斯
Original assignee: Seapower Pacific Pty Ltd
Current assignee: Seapower Pacific Pty Ltd
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2005-05-16
Publication date: 2007-06-27
Also published as: WO2005111411A1; IL179182A0; NO20065794L; JP2007537382A; ZA200610269B; US20070253841A1; CA2566338A1; EP1756420A1; KR20070051783A

Abstract

装置(10)支撑在海平面以下某一位置上的海床上，用于捕获波能。该装置(10)包括主体结构(11)，该主体结构具有适合响应于波浪作用而发生偏转的隔板(25)。在隔板(25)的正下方设有工作室(27)，该工作室容纳有如空气的可压缩流体。在工作室(27)内设有泵系统(43)。该泵系统(43)包括两个以相反步调工作的往复泵(45，47)。泵(45，47)通过杠杆机构(61)可操作地连接到隔板(25)上。由于杠杆机构(61)的几何结构，每个泵(45，47)的行程长度小于隔板(25)在其响应于波浪作用而运动时的位移幅值。因而，杠杆机构(61)以给定比率提高了作用在每个泵(45，47)上的力，并且以同样比率减小了行程。行程长度的减小提供了紧凑结构，因此泵(45，47)可以容易地容纳在工作室(27)内。泵(45，47)从装置(10)周围的环境中抽取海水并在高压下排放海水。由泵产生的高压海水通过管道输送到海岸上，用于任何适当的目的。

Description

波能转换装置

技术领域

本发明涉及一种将水体内的波能转换成能够完成有用功的形式。

本发明的设计目的特别是，但不必仅仅是利用波能并将产生的能量转换成以任何适当的方式供使用的加压流体。该流体可以是取自水体本身的水。在水体为海洋的情况下，取自海洋的海水可以在高压下通过管道输送到海岸上并且供给反渗透法海水淡化装置以生产淡水。从淡化装置排出的仍然处于高压下的浓缩海水可以被提供给用于发电的涡轮和轴功率。

背景技术

已经有许多试图利用海洋波能的装置的建议方案，但这样的装置中只有一些在实际中经受持续的商业发展。所有这些商业装置，不管是以海岸为基地，在海岸上或离开海岸，都借助就地安置的必要设备将能量转换成电。这意味着，如涡轮、交流发电机/发电机和配电基础设施的关键组件必须能够承受海洋环境，包括这样的因素，如风暴的作用力、长期暴露于海水中以及意外浸入海水中。在离岸装置的情形下，还需要将电传到海岸上的大量的海底电力电缆。最终结果是增加了资本成本且降低了可靠性。

为了解决与上述建议方案相关的问题和缺陷，申请人之前已经提出一种波能转换装置，也就是国际申请PCT/AU03/00813的主题。申请人先前的建议的其中一方面是针对用于捕获如海洋的水体内的波能的装置。该装置支撑在海床上，包括具有隔板的主体结构，该隔板适合响应于波浪作用而偏转。在该隔板上连接有往复泵，该往复泵的增压室响应于隔板的偏转而经受容积膨胀和收缩。该增压室具有进口和出口，该进口与海水相连，其中海水在增压室容积膨胀时被抽取到增压室内，而在增压室容积收缩时通过出口被排出。上述往复泵直接连接到隔板上，因此该泵的行程长度对应于隔板在与泵连接的点上的位移幅值。为了适应隔板的位移幅值，要求往复泵具有相对长的行程。但是，具有相对长的行程的泵实际上不利于紧凑型设计，而紧凑型设计可能是某些应用的要求。

已经针对该背景技术研发了本发明。

对本发明的背景技术的上述讨论旨在便于对本发明的理解。但是，应当意识到，前述讨论并不是承认或认同引用的任何材料在本申请的优先权日前在澳大利亚已公开、已知或是公知常识的一部分。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种用于捕获水体内的波能的装置，该装置包括本体结构，该本体结构具有适合响应于波浪作用而偏转的部分，和往复泵，该往复泵限定一增压室，该增压室适合响应于所述本体结构部分的偏转而经受膨胀和收缩，并且该增压室具有进口和出口，该进口与流体源相连，其中来自流体源的流体在增压室容积膨胀时被抽取到增压室内，而在增压室容积收缩时通过出口被排出，该往复泵通过提供小于1.0的速度比的机构可操作地连接到所述部分上。

利用该设置，往复泵的行程长度小于所述部分响应于波浪作用而经受的运动的位移幅值。

优选地，该机构包括杠杆，该往复泵在比所述部分连接到杠杆上的位置更靠近杠杆支点的位置上可操作地连接到该杠杆上。

该杠杆以给定比率提高了作用在泵上的力，并且以同样比率减小了行程，因此(如果机械损失很小)最终传递到往复泵上的功基本上没有改变。

采用杠杆机构进而采用较短的泵行程的一个原因在于，可以减小装置的整个高度，从而降低总成本。另外一个原因是较短的行程长度在设计泵的方面上，特别是在涉及高压流体时关于密封问题的设计方面可以是有利的。

在一种设置中，杠杆机构可以包括单一杠杆，该杠杆可操作地连接到一个或多个泵上。例如可以存在设置在杠杆支点两侧的两个泵，其中这两个泵以相反步调工作(也就是其中一个泵的增压室经受容积膨胀时，另一个泵的增压室经受容积收缩，反之亦然)。当存在数个泵时，可以将多于一个的泵设置在支点的两侧。

在另一种设置中，可以有数个可操作地连接到所述部分的杠杆机构，每个杠杆机构操作一个或多个泵。一种这样的设置可以包括三个设置成类似三角形结构的杠杆，每个杠杆可操作地连接到所述部分。

在存在多个泵的情况下，为了实现更加稳定的流体流，在排出流体被泵送的同一流体管路可以包括蓄能器。

泵以相反步调工作，这可以用于在两个方向上都提供隔板运动的流阻，从而衰减在这样的运动中的震动。

杠杆或每个杠杆可以是框架结构，该框架结构提供在负载下竖向和横向刚度。

适合响应于波浪作用而发生偏转的本体结构部分可以是(comprise)暴露于包含有波浪作用的水体的隔板。该隔板可以包括基本为刚性的部分和弹性部分。优选地，该弹性部分包围着刚性部分。典型地，杠杆机构可操作地连接到该刚性部分。

本体结构可以包括设置在隔板下方的工作室，该工作室适合容纳例如空气的可压缩流体。杠杆或每个杠杆可以被收容在或至少延伸到该工作室内，以连接到隔板上。

工作室或每个工作室可以具有圆柱形室壁，隔板的外周边密封地连接到该室壁上。

一个或多个杠杆可以可转动地支撑在本体结构的基座上、工作室的外周边壁上或者容纳在本体结构内的支撑结构上。

杠杆或每个杠杆当在波浪作用的影响下响应于隔板的运动而经受往复运动时可以被导向。每个杠杆可以通过导向机构被导向，该导向机构包括可以沿着导向件运动的导向结构。该导向件可以设在工作室壁的内表面上。实际上，工作室壁的内表面本身可以提供导向件。该导向结构可以包括与提供导向件的工作室壁滚动接合的一个或多个滚子。

杠杆或每个杠杆可以设有配重。该配重可以设置成为隔板在响应于波浪作用而完成动力行程之后的回行行程提供辅助作用。

本体结构还可以包括用于容纳例如砂的压载材料的压载室。典型地，该压载材料是水饱和的。该压载室可以包围工作室。

本体结构可以包括被压载室包围的数个工作室。

例如饱和砂的压载材料可以被用作被抽取的水的过滤介质。

典型地，将抽取流体为取自水体的水，波能将从该水体被捕获。

在有必要进行快速停止的操作的情况下，例如在极度波涛汹涌的海洋条件下处于过载的情形时，可以存在选择性地用海水充满工作室的设置。

附图说明

通过参见下面对本发明的几个如附图所示的具体实施例的描述，将更容易理解本发明。

图1是根据第一实施例的用于捕获波能的装置的示意性剖视透视图；

图2是第一实施例的示意性侧剖视图；

图3是第一实施例的局部侧视图；

图4是根据第二实施例的用于捕获波能的装置的示意性剖视透视图；

图5是第二实施例的示意性侧剖视图；

图6是根据第三实施例的用于捕获波能的装置的示意性剖视透视图；

图7是第三实施例的示意性俯视图；

图8是第三实施例的示意性侧剖视图；

图9是第三实施例的局部侧视图；

图10是根据第四实施例的用于捕获波能的装置的示意性俯视图；

图11是第四实施例的示意性侧视图；

图12是构成第四实施例的一部分的支撑结构的示意性透视图；

图13是图12所示的支撑结构的示意性侧视图；

图14是图12所示的支撑结构的部分透视图；

图15是图14的俯视图；

图16是用于根据第四实施例的装置的泵和杠杆机构的示意性侧剖视图；

图17是图16所示的泵和杠杆机构的另一侧视图；

图18是第四实施例的示意性俯视图，特别示出了包括在其内的海水抽取管路；

图19是图18的侧视图；

图20是海水抽取管路的局部透视图，特别示出了引入海水的过滤系统；

图21是过滤系统的示意性俯视图；

图22是过滤系统的可拆卸组件的示意性俯视图；

图23是第四实施例的局部剖视图，特别示出了可偏转的隔板；

图24是示出处于三个工作位置的隔板的视图；

图25是一局部侧剖视图，特别示出了隔板的弹性和刚性部分之间的连接；

图26是一示意性侧视图，示出了装置的弹性隔板和周围结构之间的连接；

图27是一局部透视图，示出了弹性隔板结构的另一种形式；

图28是根据第五实施例的装置的局部俯视图；

图29是根据第六实施例的装置的示意性俯视图；

图30是根据第七实施例的用于捕获波能的装置的示意性俯视图；

图31是根据第八实施例的用于捕获波能的装置的示意性侧剖视图；

图32是根据第九实施例的用于捕获波能的装置的示意性透视图；

图33是图32的装置的示意性侧剖视图；

图34是图32的装置的示意性端视图；

图35是图32的装置的示意性俯视图；

图36是图32的装置的示意性侧视图，特别示出了可偏转的隔板和与之相连的杠杆机构，所示的隔板处于最高位置上；

图37是与图36相似的视图，不同的是隔板处于中间位置上；

图38也是与图36相似的视图，不同的是隔板处于较低位置上；

图39是一示意性俯视图，示出了两个共同形成工作室的容器和包括在其内的杠杆机构之间的关系；

图40是示出杠杆机构的示意性侧剖视图；

图41是包括在图32的装置内的抽取管路的俯视图；

图42是抽取管路的侧剖视图；

图43是示出抽取管路的进口端的示意性图；

图44是图32的装置的局部剖视图，特别示出了抽取管路的出口端和用于减轻海床冲刷的垫子，装置安装在该垫子上；

图45是根据第十实施例的用于捕获波能的装置的示意性透视图；

图46是图45的装置的俯视图；以及

图47是使用一系列排用于捕获波能的装置的波能转换系统的示意性透视图。

具体实施方式

附图所示的每个实施例都是针对用于利用海洋波能产生动力并且将产生的能量转换成典型为大约6.89Mpa(1000psi)的高压海水的装置。该装置被设计成支撑在相对浅的水体内的海床上，并产生最小的环境影响。由装置产生的高压海水可以通过管道输送到海岸上，用于任何适当的目的。在一种应用中，高压海水可以用作驱动涡轮的运动流体，产生的轴功率用于发电。在另一种应用中，高压海水可以被提供给生产淡水的反渗透法海水淡化装置。仍然处于高压下的来自海水淡化装置的海水浓缩物可然后被输送给涡轮机以提取机械能。若需要，用过的浓缩海水然后可以返回海洋。

参考图1、图2和图3，其中示出了根据第一实施例的装置10。该装置10包括本体结构11，该本体结构包括支撑在海床上的基座13和两个从基座直立而起的壁15、17。典型地，该基座13和两个直立壁15、17为一体式结构并且由混凝土形成。壁15为大致圆柱形结构，并构成本体结构的外周边壁。壁17也是大致圆柱形结构，并与壁15向内隔开以构成本体结构的内壁。

外壁15和内壁17之间的间隔限定了用于容纳压载材料的压载室21。典型地，压载材料为(comprises)取自海床的饱和砂。在这个实施例中，压载室21的上端是开放的以容纳压载材料。若需要，可以设有用于封闭压载室21的盖板(未示出)。

圆柱形内壁17包围一内部空间23，该内部空间的上端被隔板25封闭。借助这一设置，基座13、圆柱形内壁17和隔板25共同形成具有工作室27的容器26。

隔板25在容器26上方暴露于海水中，并且可以响应于海水中的波浪活动而发生偏转。

隔板25包括刚性中央部分28和包围中央部分28的弹性外部29。该刚性中央部分28是(comprises)一加固的圆形板，外部29是由例如橡胶的弹性体材料形成的膜片。弹性体材料可以利用层压材料进行加固，以增加强度和提高抗撕裂性。隔板25的外周边在31处密封地连接到圆柱形内壁17的上端。

工作室27设置在隔板25的正下方，并且容纳有可压缩流体，为了方便，可压缩流体在这个实施例中为空气。可压缩流体处于压力下以提供提升力，用于平衡隔板25及其附件以及隔板上方的海水的重力。在工作室27内的流体压力可以进行调整，以使隔板25在平静的海洋条件下保持在预定的位置上。

装置10还包括抽取管路41，该抽取管路41具有用于从装置周围的水环境中接收海水的进口(未示出)和在高压下排出海水的出口(也未示出)。典型地，如前面提到的，高压海水通过管道被输送到海岸上。

抽取管路41包括泵系统43，在这个实施例中，该泵系统包括两个以相反步调工作的往复泵45、47(也就是其中一个泵进行排放行程时，另一个泵进行吸入行程，反之亦然)。每个泵45、47包括活塞和气缸组件51，在该组件内，活塞(未示出)与气缸53共同限定增压室(未示出)。活塞杆55连接到活塞，用于将往复运动传递到活塞。在这个实施例中，气缸53包括弹性护套，该弹性护套限定了增压室的可变形边界面，并与活塞配合，因此活塞的往复运动引起弹性护套的膨胀和收缩，以改变增压室的容积。弹性护套的膨胀对应于增压室的容积减小，弹性护套的收缩对应于增压室的容积膨胀。在前面提到的PCT申请中参照其附图51和52描述了这种泵的一个典型例子。

泵45、47连接到同一输送管路(未示出)，加压海水沿着该输送管路被输送到海岸上。该输送管路可以连有蓄能器，用于获得更加稳定的流体流(也就是流动中的波动更小)。

泵45、47通过杠杆机构61可操作地连接到隔板25上。

该杠杆机构61包括由两个互连的、横向间隔设置的杠杆元件64限定的杠杆63。

杠杆63的一端在支点65处可枢转地连接到支撑结构66，该支撑结构安装在工作室内壁17上，且杠杆63的另一端通过连杆67连接到隔板25上。

连杆67通过枢轴接头69可枢转地连接到隔板25的刚性部分28上。连杆67通过枢轴接头71也可枢转地连接到杠杆63的相邻端上。

泵45、47在杠杆63的两端的一个中间位置上可操作地连接到杠杆63上。具体地，泵45、47设置在杠杆63的相对侧上，气缸53支撑在支撑结构66上。活塞杆55通过安装在杠杆上的连接框架73连接到杠杆63上。连接框架73具有两个纵向框架元件75，它们分别连接到每个杠杆元件64上，并且横向元件77支撑于两个纵向框架元件75之间。每根活塞杆55连接到相应的一个横向元件77上。利用这种设置，杠杆63的角运动使得活塞杆55经受步调相反的往复运动，其中一根活塞杆经受延长时，另一根活塞杆经受收缩，反之亦然。

由于杠杆63的几何形状，抽取系统43相对于偏转隔板25的速度比小于1.0。换句话说，每个泵45、47的行程长度小于隔板25当其响应于波浪作用而运动时的位移幅值。该杠杆63以给定比率提高了作用在每个泵45、47上的力，并且以同样比率减小了行程。行程长度的减小提供了紧凑结构，因此泵45、47可以容易地容纳在工作室27内。

抽取到抽取管路41中的海水经过过滤。过滤功能是由砂过滤系统(未示出)来完成，该砂过滤系统使用容纳在压载室21内的饱和砂。

现在描述根据第一实施例的装置10的操作。在海洋平静的条件下，浸没装置10，在隔板25的上方的海水水头保持不变。隔板25通过在工作室27内的适当空气压力保持在预定位置上，从而平衡由各种不同因素引起的作用在隔板25上向下的力，这些不同因素包括隔板及连接到其上的设备的重力，隔板的弹性外部29的回复力，平静海水的静压力以及周围环境的压力。

经过装置10的波浪引起施加在隔板25上的随时间变化的力，从而引起隔板响应于该递增的力而向下运动。该力通过连杆67传递到杠杆63上，引起杠杆63围绕其支点65的角运动。该力通过杠杆传递到活塞杆55上，引起泵47经受吸入一定量的海水的吸入行程，以及引起泵45经受在压力下排出一定量海水的排放行程。

隔板25的向下偏转引起工作室27的容积减小和封闭在其内的空气压力的相应升高。随着隔板25的偏转，该空气压力继续升高，直到在由波浪作用在隔板25上的力与空气压力作用在隔板25上的反作用力和隔板的弹性外部的最终回复力之合力之间建立平衡条件。在此刻，隔板25将瞬时地静止在其最大偏转位置上。然后，随着由空气引起的力再显威力，作用在隔板25上的压力将失去平衡，这样使隔板反向运动。同时，随着波浪经过装置10，水头也消失。然后，隔板25回到其平衡位置，等待下一个波浪。在隔板25的回复运动过程中，杠杆63经受在回复方向的角运动，这样使得泵47经受排放行程，而泵45经受吸入行程。

因为泵45、47以相反步调工作，所以在每个泵的排放行程中产生的流体压力提供流阻，该流阻对于在向下和向上方向上调节隔板25的位移速率是有帮助的。这可以辅助衰减隔板运动的速度和幅度波动。

装置10的动态响应可以通过适当地控制关键参数而在很大范围内进行调节，这些关键参数包括隔板25及其连接设备的总质量以及在工作室27内的总的空气体积和空气压力。

在正常工作过程中，在潮汐条件下的变化可以通过这样的方式进行补偿，即调节工作室27内的流体压力以使隔板25的稳态高度在特定边界范围内变化。如之前提到的，在工作室27内的流体典型地为空气。空气压力可以通过延伸到(例如在陆地上的)控制站的空气管路进行调节，可以从该控制站将压缩空气输送到用于调节空气压力的空气管路中，或从该空气管路中吸取压缩空气。

现参照图4和图5，其示出了根据第二实施例的装置90。该装置90在很多方面与第一实施例的装置10相似，因此相应的附图标记用于标识相应的部件。

在根据第二实施例的装置90中，杠杆机构61在响应于隔板25在波浪作用的影响下发生的运动而经受往复运动时被导向。导向运动是通过导向机构91来提供，该导向机构包括可以沿着一导向件95运动的导向结构93。在这个实施例中，导向件95是由圆柱形内壁17的内表面97提供。

导向结构93包括导向框架101，该导向框架安装在隔板25的刚性部分28的下侧。该导向框架101支撑与壁表面97滚动接合的导向滚子103。该导向框架101包括数个在圆周上间隔设置的纵向元件105，每个纵向元件带有两个沿纵向元件间隔设置的导向滚子103。

导向结构93和壁表面97之间的共同作用对隔板25响应于波浪作用的运动进行引导，确保隔板在其运动过程中不会发生角度(倾斜)偏转。

现参照图6至图9，其中示出了根据第三实施例的装置110。该装置110包括大致为矩形结构的本体结构111，该本体结构包括支撑在海床上的基座113、两个相对的侧壁115、两个相对的端壁117和顶壁119。

在本体结构111内，在基座113和顶壁119之间设有两个圆柱形内壁121、122。

每个圆柱形内壁121、122在底部由基座113封闭，并通向顶壁119以限定一开口127，该开口由对应的隔板129封闭。利用这样的设置，基座113、内壁121、122以及隔板129共同形成两个容器130，每个容器限定一工作室123。

每个隔板129包括刚性中央部分131和包围中央部分的弹性外部133。每个隔板129的外周边密封地连接到对应的圆柱形内壁121、122的上部外周边上。

在刚性中央部分131的周围上设有稳定支撑件134，用于将中央部分131连接到相应的圆柱形内壁121，122的上部外周边上。这是为了防止弹性外部133的过度伸展，也防止了隔板129响应于波浪作用而发生过度倾斜及竖直方向和水平方向的过度位移。

在这个实施例中，稳定支撑件134包括在中央部分131和壁121、122之间来回束紧的绳索136。

设置在隔板129下方的各工作室123通过在圆柱形内壁121、122之间延伸的通道135相互连接。

工作室123以及互连通道135容纳有可压缩流体，为了方便，可压缩流体在这个实施例中为空气。通道135具有足够大的流动横截面积，使得可压缩流体可以在各工作室之间自由通过。

两个容器130在一个通常对应于波浪传播方向的方向上隔开，它们的间隔使得隔板129反相运动。这典型地是通过这样的方式实现，即两个隔板129的中心距离等于装置110的使用地点的典型波浪的波长的一半。

位于本体结构111内包围每个容器130的区域限定了用于容纳压载材料的压载室141，在这个实施例中该压载材料为饱和砂。该压载材料通过顶壁119上的孔143被引入到压载室141内。

装置110还包括抽取管路145，该抽取管路具有用于从装置周围的水环境中接收海水的进口和在压力下排出海水的出口。

该抽取管路145包括泵系统145，该泵系统包括两个以相反步调工作的往复泵151、152，也就是说其中一个泵进行排放行程时，另一个泵进行吸入行程，反之亦然。由于各泵相继地进行抽取行程，泵151、152以相反步调工作可以使从装置110输送高压海水变得更加均衡。

泵151、152分别设置在相应的一个工作室123内。

每个泵151、152包括固定在基座113上的壳体153和与壳体153共同限定一增压室157的活塞155。壳体153包括与活塞配合的弹性护套159，其中活塞的往复运动使弹性护套发生膨胀和收缩。弹性护套159的膨胀对应于增压室157的容积减小，而弹性护套的收缩对应于增压室的容积膨胀。每个增压室157具有相关的阀系统(未示出)，该阀系统包括吸入阀和输出阀，上述吸入阀适合在增压室容积膨胀时打开，而在增压室容积减小时闭合，上述输出阀适合在增压室容积膨胀时闭合，而在增压室容积减小且只有在容纳在增压室内的海水达到预定压力之后才打开。利用这种设置，海水以比其被引入到增压室内时更高的压力从每个增压室中排放。

每个泵151、152通过杠杆机构161可操作地连接到与相应容器130相连的隔板129。该杠杆机构161包括杠杆163，该杠杆的一端在支点165处可枢转地连接到支撑结构167上。且该杠杆163的另一端通过连杆169连接到相应隔板129上。该连杆169借助连接机构171连接到隔板129的刚性部分，该连接机构虽然在某些应用中可想到是枢转连接件，但在本实施例中为刚性连接件。连杆169通过连接机构173也可转动地连接到杠杆163的相邻端上，该连接机构为球形连接件，以提供杠杆163和连杆169之间全方位的角运动。

每个泵151、152都在杠杆两端之间的中间位置上连接到相应的杠杆163上。利用这种设置，每个泵151、152的行程长度小于通过杠杆机构161连接的相应隔板129的位移幅值，这与前面实施例的情形相同。

抽取到抽取管路145的海水经过过滤。过滤功能是由砂过滤系统(未示出)来完成，该砂过滤系统使用容纳在压载室141内的饱和砂作为过滤介质。海水可以通过包括在本体结构111内的进口175进入到压载室140内。

在工作时，两个容器130的隔板129由于它们关于波浪波长的间隔在反相下工作，在使用环境中它们典型地暴露于上述波浪中。利用这样的设置，一个容器内的泵进行抽取行程时，另一个容器内的泵进行吸入行程，反之亦然。

现参照图10-26，其中示出了根据第四实施例的装置200。装置200包括大致为矩形结构的本体结构201，该本体结构具有支撑在海床上的基座203，两个相对侧壁205，两个相对端壁207和顶壁209。

在本体结构201内，在基座203和顶壁209之s间设有两个圆柱形内壁211、212。

每个圆柱形内壁211、212在底部由基座203封闭，并通向顶壁209以限定一开口213，该开口由隔板215封闭。利用这样的设置，基座203、内壁211、212和隔板215共同形成两个容器217，每个容器限定一个工作室219。

每个隔板215的结构与前面实施例的隔板相似，包括刚性中央部分221和包围中央部分的弹性外部223。每个隔板215的外周边密封地连接到相应圆柱形内壁211、212的上部外周边上。

设置在隔板215下方的工作室219通过在圆柱形内壁211、212之间延伸的通道225相互连接。

工作室219以及互连通道225容纳有可压缩流体，为了方便，可压缩流体在这个实施例中为空气。通道225具有足够大的流动横截面积，使得可压缩流体可以在各工作室之间自由通过。

两个容器217在一个通常对应于波浪传播方向的方向上隔开，它们的间隔使得隔板215反相运动。这典型地是通过这样的方式实现，即各隔板的中心距离对应于装置200的使用地点的典型波浪的波长的一半。

位于本体结构201内包围每个容器217的区域限定了用于容纳压载材料的压载室227，在这个实施例中该压载材料为饱和砂。该压载材料通过顶壁209上的孔229被引入到压载室227内。

装置200包括抽取管路231，海水通过该抽取管路从装置周围的水环境中吸取，并在压力下从该抽取管路被排出。

该抽取管路231在每个容器217内包括数个泵233，在本实施例中为每个容器内有三个泵。如在图18中最清楚显示的，在每个容器217内的三个泵233布置成三角形结构，使之间成120°间隔。每个泵233具有吸入口235和排放口237，该吸入口235与相应的收集箱239相连，该收集箱容纳处于由该收集箱所在深度的海水静压力确定的压力下的海水。如在下面将更详细叙述的，每个收集箱239内容纳的海水经过过滤。每个泵233的排放口237经由排放管路243与歧管241相连。两个容器217的歧管241都与管道245相连，海水沿着该管道245可以在压力下被抽取到很远的地方，例如海岸上。

在每个容器217内的泵233可操作地连接到相应的容器隔板215上。

每个泵233为与前面实施例的泵的结构相似的往复泵，也就是说，泵233包括壳体251和活塞253，该壳体和活塞共同限定一增压室255。

在这个实施例中，设有导向结构257，用来对活塞253相对于壳体251的运动进行引导。导向结构257包括在260处枢转地安装在连杆261上的叉架259，该连杆安装在活塞253上。如图16最清楚显示的，叉架259承载有与壳体251的外表面滚动接合的导向滚子263。利用这样的设置，叉架259和壳体251之间的配合用于在活塞253相对于壳体251往复运动时为活塞253提供轴向引导。

每个泵233通过相应的杠杆机构271可操作地连接到相应容器217的隔板215上。因而，每个容器217包括三个分别与每个泵233对应的杠杆机构271。

每个杠杆机构271包括在支点275处枢转地连接到一支撑件277上的杠杆273，该支撑件277容纳在相应的容器217内。在每个容器217内的支撑件277构成同一支撑结构279的一部分，该支撑结构容纳在两个容器及在两个容器之间延伸的通道225内。这为杠杆273提供了坚固的支撑设置。

如图14所示，每个支撑件277是框架式结构并且呈大致三角形构造。邻近三角形支撑件277的每个顶点设有支座291，该支座被设计成用于可枢转地支撑每个杠杆273的叉架。每个杠杆273在支点275处可枢转地连接到相应的支座291上。为了附图的清楚，在图14和15中只示出一个杠杆273。

每个杠杆273是框架式结构，以提供横向和竖向刚性，这与在前面实施例中的情况相同。支点275位于杠杆273的两端之间，且靠近设有配重295的一端。每个杠杆273的另一端通过连杆297连接到相应的隔板215上。连杆297通过在本实施例为刚性连接件的连接机构299连接到隔板215的刚性部分221上。连杆297也通过枢转连接机构301连接到杠杆的邻近端，该枢转连接机构具有与杠杆273围绕支点275的角运动的轴线基本平行的枢转轴线。三根安装在隔板215的刚性部分221上的连杆297用于为隔板在其响应于波浪作用而发生偏转时提供相对稳定的支撑。

每个泵233在枢轴305处可枢转地连接到相应的杠杆273上，该枢轴305位于支点275和杠杆与连杆297相连的一端之间。与前面实施例一样，这样的设置使得每个泵233的行程长度小于通过相应杠杆机构271与该泵连接的隔板215的位移幅值。

配重295可以是可调节地安装在杠杆273上，用于在需要时选择性地改变平衡力的范围。

如前面所述，抽取到抽取管路231的海水以及特别是输送到收集箱239的海水经过过滤。过滤功能是通过砂过滤系统310完成，该砂过滤系统使用容纳在压载室227内的饱和砂。该过滤系统310包括多个存贮箱239，每个存贮箱对应于一个泵233，如前面所述。每个存贮箱239容纳经由过滤管道311的经过过滤的海水，该过滤管道延伸到压载室227内并沿其长度设有数个进孔313。过滤管道311容纳在压载室227内的部分被次级过滤器316包围，该次级过滤器316包括过滤介质316(例如精选砂砾或其他多孔粒状材料)，该过滤介质316限制在多孔过滤壳体317内。该多孔过滤壳体317被设计成可拆卸的单元，以便在清洗或其它定期维修程序时可以从过滤管道311周围取出。可以从本体结构201之外接近该过滤壳体317，在过滤壳体的外侧上设有有助于过滤壳体的安装和拆除的手柄319。

来自饱和压载材料的海水将在静压力下通过多孔过滤壳体317和包含在其内的过滤介质316进行过滤，然后进入到存贮箱239。由于在结构内砂压载材料的体积大，所以可以实现高水准地过滤海水。

当然设有补给海水进入到压载室227并使砂压载材料保持在饱和状态下的设备。这可以通过任何适当的方式来实现，例如使水可以通过本体结构201顶壁209上的孔229进入。

图23-26详细示出了隔板215的弹性外部223。该弹性外部223包括由天然橡胶形成并用纤维垫加固的膜片224。

隔板外部223的刚度和长度这样选取，使其在工作室219的空气压力和覆盖隔板215的海水静压力之间的压力差的影响下向上凸出(如图23所示)。这被认为是重要特征，由于这使在隔板外部223形成凹槽结构的可能最小化，这些凹槽在隔板215的上行程的过程中可能聚集水并引起构成外部的弹性材料上的过度的动态载荷。

在制定设计规格过程中，可以将隔板215的最大高度设置在相对于本体结构201顶部的任何高度上；这可以是凸起、齐平或者凹陷。这使得装置可以适应特定的海洋条件：例如，对于平静的海洋条件，隔板215的刚性中央部分221很可能将是凸起状态，而对于更加波涛汹涌的海洋条件则很可能该刚性中央221部分将是齐平的或凹陷的。

图24示出了弹性外部223随着隔板215在最高状态和最低状态之间运动时可能出现的不同状态，最高状态和最低状态用虚线描绘。所示的三个状态是最高状态A，最低状态B和用实线描述的中间状态C。

由于隔板215的弹性外部223在其在最高和最低状态下之间的偏移过程中可以发生偏转的范围，需要有提供这样运动的接头，在这些接头处，弹性外部223在其内周边连接到刚性中间部分，并且弹性外部在其外周边连接到相应的圆柱形内壁211、212。

图25示出了在内周边处的接头，该接头是(comprises)一个滚动过渡接头341。该接头341包括两个横截面为圆形的夹环343、344。夹环343安装在一环形夹板345上，该夹板345固定在隔板的刚性内部221上。夹环344安装在另一环形夹板347上，该夹板347通过数个沿周向间隔布置的螺母和螺栓组件349连接到固定夹板345上。每个螺母和螺栓组件349包括位于两个夹板345、347之间的垫圈350。

夹板347包括腹板351，该腹板支撑在固定夹板345上，并与隔板215的弹性外部223的内周边邻接。

利用这种设置，膜片224夹在两个夹板345、347之间，并且夹环343和344与这两个夹板挤压接合，以限定弧形表面，膜片在隔板215的偏转过程中绕着这些弧形表面卷起。

膜片224在其内周边部分包括一加厚部分353，该加厚部分设置在夹环343、344之外，以加强对接头341的坚固性并阻止膜片224被拉过限定在两个夹环之间的夹紧区域。

如图26所示，在其它过渡接头处采用了有些相似的结构。

图26示出了在隔板215的外周边处的接头，该接头为(comprises)一滚动过渡接头361。该接头361包括两个横截面为圆形的夹环363、364。夹环363安装在一环形夹板365上，该夹板365固定在圆柱形内壁211上。夹环364安装在另一环形夹板367上，该夹板通过数个沿圆周向间隔布置的螺母和螺栓组件369连接到固定夹板365上。每个螺母和螺栓组件369包括位于两个夹板365、367之间的垫圈371。

夹板367包括一腹板373，该腹板支撑在固定夹板365上，并与隔板215的弹性外部223的外周边邻接。

利用这种设置，膜片224夹在两个夹板365、367之间，并且夹环363、364与这两个夹板挤压接合，以限定弧形表面，膜片在隔板215的偏转过程中绕着这些弧形表面卷起。

膜片224包括一加厚部分373，该加厚部分的作用方式与加厚部分353相似。

图27示意性地示出了隔板的结构和它的安装位置的变化。在图27所示的设置中，存在一膜片291，该膜片在整个刚性中央部分221上延伸并超过其外周边，以形成弹性外部223。刚性中央部分221在其外周边上具有一管子293，当隔板发生位移时，膜片291可以围绕该管子卷起。该膜片291在其外周边绕过另一管子295，用于安装到圆柱形内壁211上。应当注意到，图27示出了隔板215处于两个极端的状态下，一个是最高状态，而另一个是最低状态。

图28示出了根据另一实施例的装置400。根据该实施例的装置400基本上与前面的实施例相同，因此相应的附图标记用于表示相同零件。装置400包括锚固系统401，用于将本体结构201锚固在海床上。该锚固系统401为了锚固目的而使用负压(suction)，负压作用是由位于本体结构201下侧的抽吸室产生，该抽吸室除了它的开放底部处被密封。该抽吸室是由围绕本体结构201外周边、从基座203垂挂的刚性外缘限定。典型地，该外缘可以超过基座向下延伸大约1米，因此当装置被配置在海床上时，该外缘将被浸没至其整个深度。实际上，该外缘是由两个侧壁205和两个端壁207的向下延伸部分限定，从而在基座下方包围一空间，以限定底部开放的抽吸室。

设有管道装置(未示出)，用于与抽吸室被固定在海床上时在抽吸室内的被围空间连通，以便从该抽吸室抽出空气以达到负压锚固的目的。在以后使装置从负压锚固作用中松开的情况下，该管道也可以被用于将空气输送到被围空间中。

通过使用安装在装置周围且牢固固定在海床上的金属条筐和/或垫子407，可以减轻海床上的砂在锚固装置周围的冲刷。

所披露的设置的一种变体是，本体结构201的下侧区域可以被设计成分段式，用以限定包括数个离散的抽吸室的抽吸区。这样的结构在装置400倾斜时将防止负压的完全损失，在装置倾斜的情况下，只有升高到海床上方的部分将失去负压，而剩余的部分将保持埋没，以保持负压锚固作用。

在前述实施例中，杠杆机构被约束在各个容器内，因此杠杆比率作用受到每个特定容器的横向尺寸限制。

提高杠杆比率的一种方法是如此设置杠杆，使得它们可以在两个容器之间延伸，并通过两个容器之间的通道。利用这样的设置，杠杆的一端可以连接到一个容器的隔板上，而杠杆的支点设置在另一个容器内。图29所示的实施例示出了这样的设置，其中两个杠杆411、412并排设置，其中一个杠杆411可操作地连接到第一容器413的隔板上并安装到提供第二容器415内的支点的支撑结构(未示出)上。同样地，另一杠杆412连接到第二容器415的隔板上并安装在限定第一容器413内的支点的支撑结构上。

在图29所示的实施例中，两个杠杆411、412并排设置。当然也可以采用其他设置。图30所示的实施例示出一种其它设置，其中杠杆411、412是交叉设置。

现参照图31，其示出了另一实施例420，该实施例包括两个容器421、422，这两个容器为它们之间的流体连通而通过通道423相互连接，但是只有一个容器422包括隔板425。容器421包括一刚性顶部而不是隔板；因此，它具有固定的容积。利用这样的装置，两个容器421、422以及它们之间的通道423的容积提供一工作室。该设置允许使用具有延长长度的杠杆427，其中杠杆427连接到容器422的隔板425上并可枢转地支撑在容器421内的支点429上。

在这个实施例中，杠杆427操作设置在支点429相对侧上的两个泵431、432，这两个泵以相反步调工作。这样，一个泵可以进行抽取行程，而另一个泵进行吸入行程，反之亦然。

在这个实施例中，采用阻尼来使杠杆427和隔板425在向下运动结束时减速。隔板向下运动的最后阶段对应高的隔板速度，因此需要软阻尼。这可以通过阻尼器结构437来实现，阻尼器结构例如弹性体空气弹簧，或者只是软的弹性体材料，如堆叠的没气的汽车轮胎。可选地，阻尼方法可以使用阻尼流体，在这种情况下，阻尼器结构可包括使用的泵，一些最终冲程能量可以被利用以产生动力。阻尼流体可以是(comprise)海水，在这种情况下，阻尼泵可以与位于杠杆另一端的泵构成海水抽取系统的一部分。

现参照图32-44，其中示出了根据又一实施例的装置450。该装置450包括大致为矩形结构的本体结构451，该本体结构包括支撑在海床454上的基座453、两个相对的侧壁455、两个相对的端壁457和顶壁459。

本体结构451包括两个容器461、462，这两个容器为了它们之间的流体连通而通过通道463相互连接。

容器461的容积不变，并被限定在圆柱形内壁465之间，该圆柱形内壁在底部由底座453封闭而在上端由顶壁459封闭。容器462的容积可变，并限定在圆柱形内壁467之间，该圆柱形内壁在底部由底座453封闭且通向顶壁459以限定一开口469。该开口469由一隔板471封闭。利用这样的设置，两个容器461、462以及它们之间的通道463的容积提供一工作室473。

从本体结构451向上延伸有一塔状物475，当装置450被安装固定在海床454上时，该塔状物为进入容器461提供便利条件。塔状物475的上端如此延伸到海平面以上，如图36、37和38所示，在这些图中，海平面由附图标记476标记的线表示。该塔状物475对于装置的开发和测试阶段可能需要定期进入本体结构内部时是特别有利的，但是在装置的任何生产方式中可能不需要该塔状物。

如在前的实施例，隔板471包括刚性中央部分481和包围中央部分的弹性外部483。隔板471的外周边密封地连接到圆柱形内壁467的上部外周边上。

工作室473容纳有可压缩流体，为了方便，可压缩流体在本实施例为空气。通道463具有足够大的流动横截面积，使得可压缩流体可以在两个容器461，462之间自由通过。设有包括从基于海岸的控制站延伸的供给管路484的输送系统，该输送系统用于供应和调节工作室473内的可压缩流体的压力。

位于本体结构451内包围每个容器461、462的区域限定了用于容纳压载材料的压载室485，在这个实施例中该压载材料为饱和砂。该压载材料通过顶壁459上的孔(未示出)被引入到压载室485内。

装置450还包括抽取管路491(如图41、42最清楚显示的)，该抽取管路具有用于从装置周围的水环境中接收海水的进口493和在压力下排出海水的出口495。

该抽取管路491包括泵系统500，该泵系统包括两个以相反步调工作的往复泵501、502，也就是说其中一个泵进行排放行程时，另一个泵进行吸入行程，反之亦然。由于泵相继地进行抽取行程，泵501、502以相反步调的工作可以使从装置450输送高压海水变得更加均衡。

每个泵501、502为结构与前述实施例的泵相似的往复泵，也就是说每个泵包括壳体和活塞，它们共同限定一增压室。

每个泵501、502通过杠杆机构510可操作地连接到隔板471上。

杠杆机构510包括经由通道463在两个容器461、462之间延伸的杠杆511。杠杆511在支点513处可枢转地连接到设在容器461内的支撑件514上。

杠杆511是框架式结构，以提供横向和竖向刚性，这与前述实施例的情况相同。支点513位于杠杆的两端之间，且靠近其中一端。杠杆511的另一端通过刚性连接框架515连接到隔板471的刚性中央部分481上。利用这样的设置，杠杆511为隔板471在其响应于波浪作用而发生偏转时提供相对稳定的支撑，如图36、37和38所示。这是因为由于连接框架515提供的刚性部分和杠杆之间的刚性连接，隔板471的刚性部分481的运动与杠杆511相一致。

每个泵501、502在支点513的相对侧上可枢转地连接到杠杆511上。

抽取管路491包括经过过滤的海水被抽取的进口493，和适合连接到一海底管路的出口495，该海底管路用于将由装置产生的高压海水输送到海岸上。与前面的实施例相同，进口493包括一过滤系统521，该过滤系统使用容纳在压载室485内的饱和砂作为过滤介质。还设有回冲过滤介质的设置。

抽取管路491包括在泵501、502的出口526之间延伸的高压管路525，抽取管路出口495具有用于减弱高压流中的脉动的设置，以达到状态更加稳定的流动状态。在本实施例中，这是通过沿管路间隔设置一系列脉动阻尼器527来实现的。

抽取管路在进口493和泵501、502之间的进入管路528包括一蓄水器529。

在工作室473内也有用于移除可能聚集在其内的任何外来的水的设置。在本实施例，这是通过提供外来水可以流入的污水坑531和用于将收集在污水坑531内的水抽到蓄水器529内的污水泵533来实现。

装置450还具有如下的设置，即一旦装置固定就位时，阻止或至少是减轻海床上的砂在装置周围的冲刷的设置。在本实施例中，这是通过在本体结构451外周边的周围使用垫子531来实现的。该垫子安装在本体结构451的外周边并支撑在海床上。在本实施例中，该垫子531包括数个相互连接的矩形垫子部分533。每个垫子部分533包括数个块535(典型地为混凝土块)这些块设置成阵列并相互连接。利用这样的设置，这些块可以用活节相互连接在一起(至少达到一有限程度)，以便使垫子部分533能够与支撑它的海床的轮廓贴合。

在每个所述的实施例中，装置都是孤立地进行工作。应当可以想到，根据任一前述实施例的装置可以合并成阵列。

图45和46示出了一个这样的阵列，其中，为了成本效益使用同一壳体结构550。该同一壳体结构550容纳有多个容器551。

图47示出了另一个布置，其中有数个阵列560，这些阵列横跨波阵面(across a wave front)间隔布置，以避免相互作用。间隔由相互作用长度确定，相互作用长度为λ/2π，其中λ为波长。

在所示的设置中，每个阵列560包括一连串四个容器561、562、563和564。

从图的左边进入且平行于阵列的纵向轴线的波将引起横跨每个阵列为同相的响应。换句话说，在多个阵列560中第一容器561将同相工作，第二容器562、第三容器563和第四容器564也一样。以其它角度进入的波可能引起这些单元的相移。相位响应的分析表明存在一个接受角，该接受角限定了进入波的方向，这些进入波导致了由这样一个设置所输出的可接受的能量等级。这个角度取决于许多参数，但是对于一个优化系统，该角度可以在90度到120度之间。

在不脱离本发明的范围内可以进行各种变型和改进。

在整篇说明书中，除非上下文有不同要求，词语“包括”的含义将被理解为包括所述的部件或一组部件，但是不排除任何其它部件或一组部件。

Claims

1.一种装置，用于捕获水体内的波能，该装置包括：

本体结构，该本体结构具有适合响应于波浪作用而偏转的部分，

往复泵，该往复泵限定一增压室，该增压室适合响应于所述本体结构部分的偏转而经受膨胀和收缩，且该增压室具有进口和出口，该进口与流体源相连，借此来自流体源的流体在所述增压室容积膨胀时被抽取到增压室内，而在增压室容积收缩时通过出口被排出增压室，

所述泵通过提供小于1.0的速度比的机构可操作地连接到本体结构的所述部分上。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述机构包括杠杆，所述泵在比所述部分连接到杠杆上的位置更靠近杠杆支点的位置上可操作地连接到杠杆上。

3.如权利要求1所述的装置，其中，所述机构包括杠杆，该杠杆可操作地连接到至少两个泵上。

4.如权利要求3所述的装置，其中，所述杠杆可操作地连接到设置在杠杆支点的两侧上的两个泵上，所述两个泵以相反步调工作。

5.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中，设有数个杠杆，这些杠杆可操作地连接到所述部分上，每个杠杆操作至少一个泵。

6.如权利要求5所述的装置，其中，设有成三角形结构的三个杠杆，每个杠杆可操作地连接到所述部分上。

7.如权利要求2-6中任一项所述的装置，其中，所述杠杆或每个杠杆是框架式结构，以提供在负载下的横向和竖向刚度。

8.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中，本体结构适合响应于波浪作用而偏转的部分为暴露于包含有波浪作用的水体的隔板。

9.如权利要求8所述的装置，其中，所述隔板包括基本上为刚性的部分和弹性部分，所述机构可操作地连接到所述刚性部分上。

10.如权利要求9所述的装置，其中，所述机构刚性连接到所述隔板的刚性部分上。

11.如权利要求9或10所述的装置，其中，所述本体结构包括工作室，该工作室设置在所述隔板的下方并适合容纳如空气的可压缩流体。

12.如权利要求11所述的装置，其中，所述杠杆或每个杠杆被收容在或至少延伸到所述工作室内，以连接到隔板上。

13.如权利要求2-12中任一项所述的装置，其中，所述杠杆或每个杠杆在响应于所述隔板的运动而经受的往复运动时被引导。

14.如权利要求2-13中任一项所述的装置，其中，所述杠杆或每个杠杆设有配重，该配重为所述隔板在完成动力行程之后的回行行程提供辅助作用。

15.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述本体结构包括压载室，该压载室用于容纳如砂的压载材料。

16.如权利要求15所述的装置，其中，所述压载室包围所述工作室。

17.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中，被抽取流体为从被捕获波能的水体中抽取的水。

18.如权利要求17所述的装置，其中，所述装置还包括用于过滤水的过滤系统，该过滤系统包括用作装置的压载材料的饱和砂。

19.一种装置，用于捕获水体内的波能，该装置包括：

往复泵，该往复泵限定一增压室，该增压室适合响应于本体结构所述部分的偏转而经受膨胀和收缩，并且该增压室具有进口和出口，该进口与流体源相连，借此来自流体源的流体在所述增压室容积膨胀时被抽取到增压室内，而在增压室容积收缩时通过出口被排出增压室，

所述泵通过机构可操作地连接到所述部分上，其中所述泵的行程长度小于所述部分响应于波浪作用而经受的运动的位移幅值。

20.一种装置，用于捕获水体内的波能，该装置包括：

所述泵通过杠杆可操作地连接到所述部分上，所述泵在比所述部分连接到杠杆上的位置更靠近杠杆支点的位置上可操作地连接到杠杆上。

21.如权利要求20所述的装置，其中，所述隔板包括基本上为刚性的部分和弹性部分，所述杠杆可操作地连接到所述隔板的刚性部分上。

22.参照附图实质上如这里所述的装置。