TWI549864B - 海浪能源轉換裝置 - Google Patents

Description

海浪能源轉換裝置

　　本發明係有關波能轉換，尤其是有關從波動中提取能量之裝置。
　　本發明亦有關一種浮力裝置以及一套包含該浮力裝置之波能轉換系統。
　　在一種安排中，浮力裝置可配置成一種對波動作出回應的浮力致動器，更具體而言，是一種將波動連結到可隨波動操作裝置之浮力致動器。在如此安排下，可將浮力裝置潛入水面下方的水體中。在另一種安排中，可將浮力裝置設置成一種浮標。
　　本發明的設計特別（但非僅只）針對一種浮力致動器，其可用來控制波能並將所控制的能量轉換成線性運動，以便驅動一種能量轉換裝置，例如流體幫浦或線性發電機。在如此安排下，可將浮力致動器連接到能量轉換裝置，浮力致動器是懸浮在水體裡（但通常是在水面下）。以此方式，浮力致動器實際上是一種潛浮物，其在水體裡隨著波浪動作而移動。
　　本發明亦有關一種波能轉換裝置，其包含一個流體幫浦，用來隨著波動進行抽吸動作。

　　下文討論背景技術的目的僅在於協助瞭解本發明。該討論並非表示或承認於優先申請日期時所提及的任何素材是屬於一般常識所熟知者。
　　先前已知將波動連結到可隨著波動操作的能量轉換裝置，其中一個範例是使用一種浮力致動器將波動轉化成能量轉換裝置的往復式動作。
　　當暴露於洶湧海況時，通常是惡劣天候（例如暴風雨），浮力致動器可能受到強力摧殘。當暴露於如此狀況時，已知的浮力致動器容易受損或解體。此外，浮力致動器所連接的系統與元件可能遭受過度負荷。在波能轉換系統包含此一浮力致動器的情況下，各種元件（例如幫浦、幫浦所錨固的基座、以及浮力致動器與幫浦之間的連接件）可能遭受過度負荷。
　　已有各種提案用來緩和施加在波能轉換系統的基座、幫浦及連接元件上的過度負荷，用意在於避免其於惡劣海況下受損。其中一種提案涉及選擇性地開啟浮力致動器內部，讓水流經浮力致動器，以回應浮力致動器暴露於惡劣天候的情況。由於水可通過浮力致動器內部，故對於撞擊浮力致動器的流動水之阻力得以降低。如此可去除許多勢能，因為浮力致動器在遭遇波浪時的起伏程度並不那麼大。同時也可降低動能，因為受影響的質量降低了（水不再受困於浮力致動器內），速度也降低了（因為浮力致動器不再對波力作出造成其加速的反應）。以此方式，幫浦與相關連接件（包括繫鏈）上的負荷可減弱到可接受的程度，並且在可接受的一段短時間內達成。
　　本發明是在此背景下展開。

　　依據本發明的第一個面向，提出一種浮力裝置，該浮力裝置包含一個中空主體，該中空主體呈現出一個外部表面，以及包含中空主體所附加的阻尼工具，用來將中空主體連接到一條繫鏈，該阻尼工具在中空主體與繫鏈之間提供一種柔性彈力連接。
　　阻尼工具最好配置成可在主體與繫鏈之間保持一種大致上呈剛性的連接，直到其間的負荷超出預定負荷時，屆時阻尼工具將協助其間的相對動作受到限制，以緩和負荷。
　　阻尼工具最好位於中空主體內。
　　阻尼工具最好包含一個阻尼機制及一個蓄能器，該蓄能器在操作上可透過一種阻力流體連接到該阻尼機制。
　　阻尼機制最好包含一個主體，該主體界定出一個腔洞，以及一個位於腔洞內的活塞總成，主體與活塞總成共同在腔洞內界定出一個工作腔室，該工作腔室可隨著活塞總成與主體之間的相對動作而改變容積，其中的蓄能器在操作上可透過阻力流體連接到工作腔室。
　　蓄能器在工作腔室內的活塞總成上提供某種預定的流體壓力負荷，以便抵抗活塞總成的動作，直到活塞上的負荷超過該預定負荷時，屆時活塞總成將隨著施加其上的負荷而作動，造成工作腔室逐漸收縮，對柔性抵抗該動作的阻力流體起作用。
　　活塞總成可將腔洞劃分成一個工作側及一個閒置側，該工作側界定出工作腔室。
　　在一種安排中，可將閒置側關閉。在另一種安排中，可在工作側與閒置側之間提供一條流通路徑。
　　活塞總成可包含一個位於腔洞內的活塞頭，以及一根從腔洞延伸出來的活塞桿。
　　主體可包含一個缸筒。
　　缸筒最好連接到中空主體，活塞桿則是連接到繫鏈。
　　蓄能器最好位於中空主體內。
　　缸筒最好裝設成可在一條垂直於浮力裝置縱軸的軸線周圍作樞軸運動。
　　中空主體最好配置成一個上區段、一個下區段、以及上下區段之間的一個中間區段。
　　上下區段最好呈現平截頭配置。
　　上區段最好呈現一個最高表面，下區段最好呈現一個最低表面。
　　中空主體最好設有洞，以便讓水進入其中空內部。
　　洞最好是設於中間區段。
　　中空主體可為任何適當配置。在一種安排中，中空主體可配置成平截頭球形或平截頭扁圓球形。在另一種安排中，中空主體的中間區段可為圓柱形或多邊形。
　　中空主體可配備一或多個浮力腔室。
　　浮力腔室可位於中空主體內。
　　可設置選擇性改變中空主體浮力的機制。選擇性改變浮力的達成方式可為：將浮力控制流體導入浮力腔室，或是從浮力腔室移除浮力控制流體。
　　浮力裝置可包含一個內部框架結構，該內部框架結構支撐住一塊周圍皮層，該周圍皮層形成外部表面。
　　缸筒可位於內部框架結構內的中心。
　　最好是在陸地及水中皆可進入中空主體的內部，以便進行設備維修、安裝及移除等作業。
　　在一種安排中，阻尼工具可提供唯一緩和工具，用來緩和繫鏈上的過度負荷。
　　在另一種安排中，浮力裝置可配備額外緩和工具，用來緩和繫鏈上的過度負荷。額外緩和工具可採用任何適當形式；例如額外緩和工具可包含用來選擇性開啟浮力裝置內部的工具，以便讓水流經其間。這類額外緩和工具的範例包含國際申請號碼PCT/AU2008/001853與PCT/AU2010/000398所揭露的安排，本文納入其內容供參考。
　　浮力裝置經由繫鏈所連接的系統亦可包含緩和工具，用來緩和繫鏈上的過度負荷。
　　依據本發明的第二個面向，提出一種浮力裝置，該浮力裝置包含一個中空主體，該中空主體呈現出一個外部表面，並設有一個上區段、一個下區段、以及上下區段之間的一個中間區段。
　　上下區段最好呈現平截頭配置。
　　上區段最好呈現一個最高表面，下區段最好呈現一個最低表面。
　　中空主體最好設有洞，以便讓水進入其中空內部。
　　洞最好是設於中間區段。
　　本發明上述任一面向的浮力裝置可設置成一個浮力致動器。
　　依據本發明的第三個面向，提出一種浮力裝置，該浮力裝置包含一個中空主體，該中空主體呈現出一個外部表面，一或多個位於中空主體內的浮力腔室，以及至少在一個浮力腔室內透過改變浮力控制流體來選擇性改變中空主體浮力的工具。
　　依據本發明的第四個面向，提出一種浮力裝置，該浮力裝置包含一個中空主體，該中空主體呈現出一個外部表面，一或多個位於中空主體內的浮力腔室，以及主體內的一個開啟工具，該開啟工具可讓水進入中空主體。
　　中空主體最好包含一個上區段、一個下區段、以及上下區段之間的一個中間區段，開啟工具在中間區段包含數個孔。
　　依據本發明的第五個面向，提出一套波能轉換系統，該波能轉換系統包含本發明上述任一面向的一種浮力裝置。
　　波能轉換系統最好進一步包含一個幫浦，幫浦在操作上是連接到浮力致動器，以便回應波動來進行抽吸動作，幫浦被併入一條液壓迴路，流體沿著該迴路被幫浦傳送出來，以及包含液壓迴路所附加的工具，用來控制被幫浦傳送出來的流體之特性。
　　受控制的流體特性可包含流體壓力在幫浦傳送行程期間上升的速率。
　　針對流體壓力在幫浦傳送行程期間上升的速率進行控制可提供一套系統，用來緩和波能轉換裝置上的過度負荷。利用此安排，在波能轉換裝置運作期間，能量可以液壓方式從波能轉換裝置釋放出來，以避免過度負荷。
　　液壓迴路最好包括一個蓄能器。蓄能器可發揮作用，以液壓方式來抵抗幫浦傳送行程。
　　液壓抵抗幫浦傳送行程的速率最好在傳送行程期間逐漸上升。
　　在幫浦傳送行程期間所傳送的某些流體能量可貯存在蓄能器中，其作用是緩和流體的流量。
　　幫浦最好包含一個往復式活塞幫浦。
　　幫浦最好包含一個主體，該主體界定出一個腔洞，以及一個位於腔洞內的活塞總成，主體與活塞總成共同在腔洞內界定出一個工作腔室，該工作腔室可隨著活塞總成與主體之間的相對動作而改變容積，其中的蓄能器在操作上可透過阻力流體連接到工作腔室。
　　活塞總成可將腔洞劃分成一個工作側及一個閒置側，該工作側界定出工作腔室。
　　活塞總成可包含一個位於腔洞內的活塞頭，以及一根從腔洞延伸出來的活塞桿。
　　主體可包含一個缸筒。
　　缸筒最好連接到一個停泊處，例如安置在水底的一個底座，活塞桿則是連接到繫鏈。
　　幫浦最好有一個第一通口及一個第二通口。
　　第二通口最好與一條流體流動路徑相通。
　　幫浦最好配置成，當工作腔室接近某個最低容積狀況時，可阻斷第二通口與工作腔室之間的流通。當第二通口被阻斷時，流體從收縮的工作腔室排出的速率受到限制，造成仍留在工作腔室的該部分流體以遠遠較快的速率受到壓縮，因而對活塞頭的持續動作傳送遠遠較大的阻力。
　　腔洞的配置最好包含一個具有較大直徑的第一腔洞區段及一個具有較小直徑的第二腔洞區段，其間界定出一個肩部，第一腔洞區段容納活塞頭，第二腔洞區段被併入工作腔室。
　　第二腔洞區段最好具有一個側壁，第二通口開啟於其上，而肩部最好界定出一個環形面，其面臨第一腔洞區段，第一通口開啟於其上，用來與第一腔洞區段流通。
　　第二腔洞區段的大小最好可容納活塞桿，但不能容納活塞頭，活塞桿從活塞頭延伸出來，穿過第二腔洞區段。
　　活塞桿最好包含一個遮蔽套筒，該套筒被安置在活塞頭旁，當工作腔室接近其最低容積狀況時，套筒將進入第二腔洞區段，一旦套筒進入第二腔洞區段時，將與第二腔洞區段的側壁合作，共同遮蔽第二通口與第一腔洞區段的流通。如此可有效限制工作腔室與蓄能器之間的流通，其流通只能經由第一通口。
　　依據本發明的第六個面向，提出一種波能轉換裝置，該波能轉換裝置包含一個幫浦，用來隨著波動進行抽吸動作，幫浦被併入一條液壓迴路，流體沿著該迴路被幫浦傳送出來，以及包含液壓迴路所附加的工具，用來控制被幫浦傳送出來的流體之特性。
　　依據本發明的第七個面向，提出一種幫浦，該幫浦包含一個主體，該主體界定出一個腔洞，以及一個位於腔洞內的活塞總成，主體與活塞總成共同在腔洞內界定出一個工作腔室，該工作腔室可隨著活塞總成與主體之間的相對動作而改變容積，活塞總成將腔洞劃分成一個工作側，該工作側界定出工作腔室，一個第一通口，用來與一個蓄能器流通，以及第二通口，用來與一條流體流動路徑流通，其中的幫浦配置成，當工作腔室接近某個最低容積狀況時，可阻斷第二通口與工作腔室之間的流通。
　　本發明第七個面向的幫浦可包含上文所述有關本發明第五個面向的波能轉換系統內的幫浦的任一或多項特點。
　　依據本發明的第八個面向，提出一套波能轉換系統，其包含本發明第七個面向的一種幫浦。

　　附圖所示實施例各指向用來控制海洋波能的裝置10。
　　參見圖1，裝置10係安裝在海中的一個水體11，該水體具有一個水面12及一個海床13。裝置10包括一個浮力致動器14，以及一個幫浦15，該幫浦錨固於一個停泊處16，在所示安排中，該停泊處包含一個安裝在海床13上的底座。幫浦15繫於停泊處16上，可相對於停泊處作樞軸式旋轉。
　　裝置10是設計成以閉環模式來運作，其中的高壓流體被幫浦15往岸上抽吸，能量被吸取供一間岸上工廠17使用，所產生的降壓流體則回到海中的幫浦15，重新被注入動力。
　　浮力致動器14在操作上是連接到幫浦15，且浮懸於水體11裡，高於幫浦15，但低於水面12，其深度通常讓其上表面低於平均海平面12a數公尺。
　　浮力致動器14在操作上是藉由一個連接器18連接到幫浦15，該連接器包括一條繫鏈19。
　　現在參見圖2至12，第一個實施例的裝置10所包含的浮力致動器14包含一個中空主體21，其具有一個內部框架結構23，該內部框架結構支撐住一塊周圍皮層25，該周圍皮層形成外部表面27。中空主體21界定出一個內部29，內部框架結構23容納於其中。在陸地及水中皆可進入中空主體21的內部29，以便進行設備維修、安裝及移除等作業。中空主體21可設置各種配件，以便其吊升及部署。這類配件通常是錨固到內部框架結構23。
　　中空主體21配置成一個上區段31、一個下區段33、以及上下區段31、33之間的一個中間區段35。
　　上區段31呈現平截頭配置，並包含一個錐形上側部分36及一個最高表面37。下區段33呈現平截頭配置，並包含一個錐形下側部分38及一個最低表面39。最高與最低表面37、39平坦且閉合。此配置對於最低表面特別有利，可最佳化對於水波起伏動作的連結。
　　中空主體21具有一個中央縱軸（未顯示出來），該縱軸在最高表面37與最低表面39之間延伸其間。
　　在所示安排中，中間區段35具有多邊形配置，呈現數個面41。上下區段31、33具有對應配置，使得錐形上側部分36呈現數個上面43，而錐形下側部分38呈現數個下面45。
　　中空主體21透過在皮層25中設置開口47，可讓水進入其中空內部29。在本實施例中，開口47是設置在中間區段35，通常各面41至少一個開口。開口47可讓水進出中空主體21的內部29，藉此降低側流水對於浮力致動器10的影響。尤其是開口47的大小可讓中空主體21的內部29充滿水，並且當浮力致動器14作水平移動時，可讓稍微逆向的水進出內部29。此小量水可能足以降低施加在浮力致動器14上的側面負荷，因而限制了側面動作。限制側面動作是可取的，以便限制施加在連接器18、幫浦15及停泊處16上的側面負荷。利用此安排，浮力致動器14所遭受的側面動作可藉由適當選擇開口47的大小而獲得某種程度的控制。
　　浮力腔室51位於中空主體21的內部29裡，以便為浮力致動器14提供浮力。在所示安排中，設有四個浮力腔室51，其以等間距關係安置在中空主體21的中央縱軸周圍。可選擇性改變浮力致動器14的浮力，達成方式是選擇性導入某種浮力控制流體到浮力腔室，或是從浮力腔室移除某種浮力控制流體。
　　浮力致動器14設有一個連接工具61，用來在中空主體21與繫鏈19之間提供柔性彈力連接。
　　連接工具61包含一個阻尼工具63，其配置成在中空主體21與繫鏈19之間保持一種大致上呈剛性的連接，直到其間的負荷超出預定負荷時，屆時阻尼工具63將協助其間的相對動作受到限制，以緩和負荷。例如，阻尼工具63可配置成將最大繫鏈張力負荷限制在140公噸，一旦繫鏈張力負荷達到100公噸時便開始運作。在本範例中，當繫鏈張力負荷低於100公噸時，阻尼工具63不會運作，此時中空主體21與繫鏈19之間便能呈現有效的剛性連接。一旦繫鏈張力負荷達到100公噸時，阻尼工具63將開始運作並以柔性方式來抵抗繫鏈負荷，將其限制在最大140公噸。當然，阻尼工具63可配置成在任何經選擇的繫鏈負荷範圍內運作，以上範例只是為了說明。
　　阻尼工具63位於中空主體21的內部29裡，並包含一個液壓阻尼機制65與一個液壓蓄能器67。阻尼機制65與蓄能器67經由一種阻力流體互相連接，該流體可通過一條延伸其間的流動路線69。在本實施例中，阻力流體包含一種可彈性壓縮的流體，例如空氣或某種乾燥氣體。
　　阻尼機制65包含一個主體71，該主體界定出一個腔洞73，在所示安排中，主體71是配置成一個缸筒74，該缸筒具有一個側壁75及二個相對的端壁77、79。一個活塞總成81位於腔洞73內。活塞總成81包含一個活塞頭83與一根活塞桿85。
　　活塞頭83以可滑動及密封的方式位於腔洞73中，將腔洞劃分成一個工作側91與一個閒置側93。工作側91在腔洞73中界定出一個工作腔室95，工作腔室95可隨著活塞總成81與缸筒74之間的相對動作而改變容積。阻尼機制65的閒置側93是關閉的。
　　活塞桿85從腔洞73延伸出來，穿過端壁79。
　　缸筒74連接到中空主體21，活塞桿85則連接到繫鏈19。更具體而言，缸筒74是位於中空主體21的中央，與其中央縱軸對齊，活塞桿85的外端則配置成可為繫鏈19提供一個掛接點97。活塞桿85往下延伸，超越中空主體21的皮層25的最低表面39，以便連接到繫鏈19。
　　蓄能器67可為任何適當類型，例如一個充氮活塞蓄能器。
　　蓄能器67預先充好氣，以便在工作腔室95內的活塞總成81上提供某種預定的流體壓力負荷，以便抵抗活塞總成的動作，直到繫鏈19傳達在活塞桿85上的負荷超過該預定負荷時，屆時活塞總成81將隨著施加在活塞桿85上的負荷而作動，造成工作腔室95逐漸收縮，對柔性抵抗該動作的阻力流體起作用。當工作腔室95逐漸收縮時，其進一步逐漸加壓於與蓄能器67相通的阻力流體。如此可緩和浮力致動器14與繫鏈19之間的張力負荷，並提供時間讓浮力致動器14以一種受到控制的方式來減速。當張力負荷消退時，蓄能器67所傳送的流體壓力再度施展其影響力，並造成活塞總成進行返回動作。
　　缸筒74透過鉸鏈103在形成內部框架結構23一部分的一個底座101上受到支撐，以便在一條垂直於中空主體21中央縱軸的軸線周圍作樞軸運動。樞軸式裝設安排可讓中空主體21在傾斜時保持阻尼機制65與繫鏈19之間的齊平。
　　現在參見圖13與14，幫浦15具有一個出口121，該出口經由一條流動路線122連接到岸上工廠17，該流動路線與一條高壓傳送管及一條低壓返回管相通。高壓傳送管及低壓返回管各自與出口121相通，低壓流體在幫浦吸入行程時被吸入，而高壓流體在幫浦傳送行程時被排出。
　　幫浦15包含一個主體131，該主體界定出一個腔洞133。在所示安排中，主體131是配置成一個缸筒134，該缸筒具有一個側壁135及二個相對的端壁，附圖僅顯示其中的一個139。一個活塞總成141位於腔洞133內。活塞總成141包含一個活塞頭143與一根活塞桿145。
　　活塞頭143以可滑動及密封的方式位於腔洞133中，將腔洞劃分成一個工作側151與一個閒置側153。工作側151在腔洞133中界定出一個工作腔室155，工作腔室155可隨著活塞總成141 與缸筒134之間的相對動作而改變容積。幫浦15的閒置側153是關閉的。
　　缸筒134連接到停泊處16，活塞桿145則是連接到繫鏈19。
　　幫浦15具有一個第一通口161及一個第二通口162，其各自與腔洞133流通。第一通口161經由蓄能器流動路線167與一個蓄能器165相通。第二通口162提供出口121。
　　蓄能器167可為任何適當類型，例如一個充氮活塞蓄能器。
　　蓄能器流動路線167經由旁通管168與流動路線122相通，該旁通管包含一個單向閥169。
　　蓄能器165可為任何適當類型，例如一個充氮活塞蓄能器。
　　第一腔洞區段容納活塞頭，第二腔洞區段工作腔室。
　　腔洞133的配置包含一個具有較大直徑的第一腔洞區段171及一個具有較小直徑的第二腔洞區段172，其間界定出一個肩部173。第一腔洞區段171容納活塞頭143，第二腔洞區段172被併入工作腔室155。
　　第二腔洞區段172具有一個側壁175，第二通口162開啟於其上。
　　肩部173界定出一個環形面177，其面臨第一腔洞區段171，第一通口161開啟於其上，用來與第一腔洞區段流通。
　　第二腔洞區段172的大小可容納活塞桿145，但不能容納活塞頭143。活塞桿145從活塞頭143延伸出來，穿過第二腔洞區段172。活塞桿145經由端壁139上的一個開口從腔洞133延伸出來，活塞桿與端壁之間有一個流體密封墊181。
　　活塞桿145包含一個遮蔽套筒183，該套筒被安置在活塞頭143旁，當工作腔室155接近其最低容積狀況時，套筒將進入第二腔洞區段172。當套筒183進入第二腔洞區段172時，將與第二腔洞區段的側壁175合作，共同遮蔽第二通口162與第一腔洞區段155的流通，如圖13所示。如此可有效限制工作腔室155與流動路線122之間的流通。被留在工作腔室155的流體經由仍暴露在工作腔室155的第一通口161與蓄能器165流通。被留住的流體其壓力劇烈上升，如圖14所示，如此可在活塞總成141上形成一種緩衝作用，消除能量並阻尼浮力裝置11的動作。
　　經由通口162流往流動路線122的流體以及經由通口161流往蓄能器165的流體共同為阻尼機制界定出一個壓力行程特性。藉由改變一或多項設計參數，例如第二腔洞區段172的容積，可讓此特性適用於任何特定阻尼狀況。
　　前述安排的一項特點是，為了阻尼目的而對幫浦15所進行的消除能量控制，實際上是與幫浦位於同一地點，藉此提高其效能。
　　現在參見圖15，其顯示第二個實施例的裝置10所包含的浮力致動器的一個阻尼工具63。第二個實施例的裝置10所包含的浮力致動器的阻尼工具63與第一個實施例類似，故使用相同參考號碼來指稱相同部位。此實施例的阻尼機制65與第一個實施例不同之處在於，閒置側93並未關閉。更確切地說，閒置側93經由一條旁通道210與工作側91流通，該旁通道是由旁通管211所界定，該旁通管包含一個閥213。閥213可讓可能外洩的流體通過活塞頭83周圍的密封墊並進入閒置側93，以便返回工作腔室95。
　　現在參見圖16，其顯示第三個實施例的裝置10所包含的浮力致動器的一個液壓阻尼工具63。第三個實施例的裝置10所包含的浮力致動器的液壓阻尼工具63與第一個實施例類似，故使用相同參考號碼來指稱相同部位。在圖16所示阻尼機制63中，液壓蓄能器67經由一個第一通口221及一個第二通口222與阻尼機制65內的工作腔室95流通。
　　阻尼機制63配置成，當工作腔室接近某個最低容積狀況時，可阻斷第二通口222與工作腔室95之間的流通。當第二通口222被阻斷時，阻力流體從收縮的工作腔室95排出的速率受到限制，造成仍留在工作腔室的該部分阻力流體以遠遠較快的速率受到壓縮，因而對活塞頭83的持續動作傳送遠遠較大的阻力。
　　腔洞73的配置包含一個具有較大直徑的第一腔洞區段225及一個具有較小直徑的第二腔洞區段227，其間界定出一個肩部229。第一腔洞區段225容納活塞頭83，第二腔洞區段227被併入工作腔室95。
　　第二腔洞區段227具有一個側壁231，第二通口222開啟於其上。
　　肩部229界定出一個環形面233，其面臨第一腔洞區段225，第一通口221開啟於其上，用來與第一腔洞區段流通。
　　第二腔洞區段227的大小可容納活塞桿85，但不能容納活塞頭83。活塞桿85從活塞頭83延伸出來，穿過第二腔洞區段227。活塞桿85經由端壁79上的一個開口從腔洞73延伸出來，活塞桿與端壁之間有一個流體密封墊237。
　　活塞桿85包含一個遮蔽套筒241，該套筒被安置在活塞頭83旁，當工作腔室95接近其最低容積狀況時，套筒將進入第二腔洞區段227。當套筒241進入第二腔洞區段227時，將與第二腔洞區段227的側壁231合作，共同遮蔽第二通口222與第一腔洞區段225的流通，如圖16所示。如此可有效限制工作腔室95與蓄能器61之間的流通，其流通只能經由第一通口221，第一通口是開在第一腔洞區段225上，因此並未受到遮蔽。
　　蓄能器67與阻尼機制65之間的流動路線69分岔成第一與第二流動路線區段69a、69b。第一流動路線區段69a與第一通口121流通，第二流動路線區段69b與第二通口122流通。第二流動路線區段69b包含一個單向閥243，該單向閥可讓流體從第二通口222流向蓄能器67，並防止反方向的流動。
　　經由通口221與222流往蓄能器67的流體共同為阻尼機制界定出一個壓力行程特性。藉由改變腔室95與蓄能器67之間的限制量，可讓此特性適用於任何特定阻尼狀況。
　　在前述實施例中，浮力致動器14所附加的液壓阻尼工具63，以及為了阻尼目的而對幫浦15所進行的消除能量控制，各自為緩和施加在繫鏈19上的過度負荷提供一種緩和安排。這一點頗為有利，因為在緩和過度負荷方面游刃有餘。
　　在其他實施例中，可單獨藉由浮力致動器14所附加的液壓阻尼來提供緩和（藉由將液壓阻尼工具63納入）；亦即，可不設置為了阻尼目的而對幫浦15所進行的消除能量控制。
　　在其他實施例中，可單獨藉由為了阻尼目的而對幫浦15所進行的消除能量控制來提供緩和；亦即，可不設置浮力致動器所附加的液壓阻尼。
　　現在參見圖17，其顯示一個浮力致動器14，包含阻尼工具63。浮力致動器14的阻尼工具63與第一個實施例類似，故使用相同參考號碼來指稱相同部位。尤其是阻尼工具63位於中空主體21的內部29裡，與前述實施例相同，並包含液壓阻尼機制65及液壓蓄能器（未顯示出來）。
　　在此安排中，中空主體21的配置方式可選擇性開啟浮力致動器14的內部，讓額外的水流經浮力致動器，以回應浮力致動器暴露於惡劣天候的狀況。由於額外的水可通過浮力致動器的內部，故進一步降低了對於撞擊浮力致動器的流動水之阻力，因而進一步緩和了過度負荷。在此實施例中，中空主體21包含PCT/AU2010/000398所述的浮力致動器特點，以便執行額外緩和。
　　浮力致動器14可設置成讓額外阻尼工具提供主要或附屬緩和系統。
　　現在參見圖18至21，其顯示相對於本發明裝置10的浮力致動器14而言，可視情況使用的各種中空主體21之配置。
　　應理解的是，本發明的範圍不限於所述實施例範圍。
　　尤其應理解的是，本文所述各種形式的浮力致動器不限於使用於海洋波能控制裝置10。浮力致動器可應用於其他各種安排。
　　此外，應理解的是，本文所述的幫浦15不限於使用於海洋波能控制裝置10。幫浦以及為了阻尼目的而對幫浦所進行的消除能量控制之附加設置可應用於其他各種安排。
　　得針對本發明進行變更或改良而不背離發明範圍。
　　在整篇說明及申請專利範圍中，除非上下文另有所指，否則「包含」一詞係指納入所述事物，而非排除任何其他事物。

10．．．裝置

11．．．水體

12．．．水面

13．．．海床

14．．．浮力致動器

15．．．幫浦

16．．．停泊處

17．．．岸上工廠

12a．．．海平面

18．．．連接器

19．．．繫鏈

21．．．主體

23．．．框架結構

25．．．周圍皮層

27．．．外部表面

29．．．內部

31．．．上區段

33．．．下區段

35．．．中間區段

36．．．上側部分

37．．．最高表面

38．．．下側部分

39．．．最低表面

41．．．面

43．．．上面

45．．．下面

47．．．開口

51．．．浮力腔室

61．．．連接工具

63．．．阻尼工具

65．．．液壓阻尼機制

67．．．液壓蓄能器

69．．．流動路線

71．．．主體

73．．．腔洞

74．．．缸筒

75．．．側壁

77、79．．．端壁

81．．．活塞總成

83．．．活塞頭

85．．．活塞桿

91．．．工作側

93．．．閒置側

95．．．工作腔室

97．．．掛接點

103．．．鉸鏈

101．．．底座

121．．．出口

122．．．流動路線

131．．．主體

133．．．腔洞

134．．．缸筒

135．．．側壁

139．．．端壁

141．．．活塞總成

143．．．活塞頭

145．．．活塞桿

151．．．工作側

153．．．閒置側

155．．．工作腔室

16．．．停泊處

161．．．第一通口

162．．．第二通口

167．．．蓄能器流動路線

165．．．蓄能器

168．．．旁通管

169．．．單向閥

171．．．第一腔洞區段

172．．．第二腔洞區段

173．．．肩部

175．．．側壁

177．．．環形面

181．．．流體密封墊

183．．．遮蔽套筒

210‧‧‧旁通道

211‧‧‧旁通管

213‧‧‧閥

221‧‧‧第一通口

222‧‧‧第二通口

225‧‧‧第一腔洞區段

227‧‧‧第二腔洞區段

229‧‧‧肩部

231‧‧‧側壁

233‧‧‧環形面

237‧‧‧流體密封墊

241‧‧‧遮蔽套筒

69a、69b‧‧‧第一、第二流動路線區段

243‧‧‧單向閥

藉由參見下文所述之數個具體實施例，將可更加瞭解本發明，如附圖所示，其中：
圖1是第一個實施例的海洋波能控制裝置之示意圖；
圖2是第一個實施例的裝置所包含的浮力致動器之示意側面圖；
圖3是圖2所示浮力致動器的平面圖；
圖4是浮力致動器的另一張平面圖，其零件被移開，以便顯露內部特點；
圖5是沿著圖4線段5-5的截面圖；
圖6是示意透視圖，顯示浮力致動器外部皮層的配置；
圖7與圖6類似，顯示浮力致動器的外部配置；
圖8是另一張透視圖，顯示浮力致動器的外部配置；
圖9是浮力致動器的示意透視圖，其部分外部皮層被移開，以便顯露內部特點；
圖10是浮力致動器的示意截面圖，顯示位於浮力致動器內部的阻尼工具；
圖11是部分浮力致動器的示意透視圖；
圖12是阻尼工具的示意圖，特別顯示阻尼機制與蓄能器；
圖13是幫浦的示意分解圖，其形成第一個實施例的裝置的一部分；
圖14是幫浦在傳送行程期間其內部壓力上升的圖形說明；
圖15是第二個實施例的海洋波能控制裝置所包含的浮力致動器其阻尼工具之示意圖；
圖16是第三個實施例的海洋波能控制裝置所包含的浮力致動器其阻尼工具之分解示意圖；
圖17是第四個實施例的海洋波能控制裝置所包含的浮力致動器之示意截面側面圖；
圖18是第五個實施例的海洋波能控制裝置所包含的浮力致動器之示意側面圖；
圖19是圖18所示浮力致動器的示意透視圖；
圖20是第六個實施例的海洋波能控制裝置所包含的浮力致動器之示意側面圖；以及
圖21是圖20所示浮力致動器的透視圖。

14．．．浮力致動器

19．．．繫鏈

21．．．主體

23．．．框架結構

25．．．周圍皮層

27．．．外部表面

29．．．內部

51．．．浮力腔室

61．．．連接工具

63．．．阻尼工具

74．．．缸筒

Claims (44)

1. 一種浮力裝置，包含一中空主體，該中空主體呈現出一個外部表面，該中空主體被調整成在操作時持續位於水面下，該中空主體附加有一阻尼工具，用來將該中空主體連接到一條繫鏈，該阻尼工具在該中空主體與該繫鏈之間提供一種柔性彈力連接，該浮力裝置係藉由該繫鏈聯結到分開的一幫浦。
2. 如申請專利範圍第1項所述的浮力裝置，其中該阻尼工具係配置成可在該中空主體與該繫鏈之間保持一種大致上呈剛性的連接，直到其間的負荷超出預定負荷時，該阻尼工具將協助其間的相對動作受到限制，以緩和負荷。
3. 如申請專利範圍第1項所述的浮力裝置，其中該阻尼工具係位於該中空主體內。
4. 如申請專利範圍第1項所述的浮力裝置，其中該阻尼工具係包含一個阻尼機制及一個蓄能器，該蓄能器在操作上可透過一種阻力流體連接到該阻尼機制。
5. 如申請專利範圍第4項所述的浮力裝置，其中該阻尼機制係包含一個主體，該主體界定出一個腔洞，以及一個位於該腔洞內的活塞總成，該主體與該活塞總成共同在該腔洞內界定出一個工作腔室，該工作腔室可隨著該活塞總成與該主體之間的相對動作而改變容積，其中該蓄能器在操作上可透過阻力流體連接到該工作腔室。
6. 如申請專利範圍第4項所述的浮力裝置，其中該蓄能器在該工作 腔室內的該活塞總成上提供某種預定的流體壓力負荷，以便抵抗該活塞總成的動作，直到該活塞總成上的活塞負荷超過該預定負荷時，該活塞總成將隨著施加其上的負荷而作動，造成該工作腔室逐漸收縮，對柔性抵抗該動作的阻力流體起作用。
7. 如申請專利範圍第5項所述的浮力裝置，其中該活塞總成將該腔洞劃分成一個工作側及一個閒置側，該工作側界定出該工作腔室。
8. 如申請專利範圍第7項所述的浮力裝置，其中該閒置側是關閉的。
9. 如申請專利範圍第7項所述的浮力裝置，其中在該工作側與該閒置側之間提供一條流通路徑。
10. 如申請專利範圍第5項所述的浮力裝置，其中該活塞總成包含一個位於該腔洞內的活塞頭，以及一從該腔洞延伸出來的活塞桿。
11. 如申請專利範圍第10項所述的浮力裝置，其中該主體包含一個缸筒，且該缸筒連接到該中空主體，該活塞桿連接到該繫鏈。
12. 如申請專利範圍第4項所述的浮力裝置，其中該蓄能器係位於該中空主體內。
13. 如申請專利範圍第11項所述的浮力裝置，其中該缸筒係裝設成可在一條垂直於該浮力裝置縱軸的軸線周圍作樞軸運動。
14. 如申請專利範圍第1項所述的浮力裝置，其中該中空主體配置成一個上區段、一個下區段、以及該上、下區段之間的一個中 間區段。
15. 如申請專利範圍第14項所述的浮力裝置，其中該上、下區段呈現平截頭配置。
16. 如申請專利範圍第14項所述的浮力裝置，其中該上區段呈現一個最高表面，該下區段呈現一個最低表面。
17. 如申請專利範圍第14項所述的浮力裝置，其中該中空主體設有洞，以便讓水進入其中空內部。
18. 如申請專利範圍第17項所述的浮力裝置，其中該洞是設於該中間區段。
19. 如申請專利範圍第12項所述的浮力裝置，其中該中空主體配置成平截頭球形。
20. 如申請專利範圍第12項所述的浮力裝置，其中該中空主體配置成平截頭扁圓球形。
21. 如申請專利範圍第12項所述的浮力裝置，其中該中空主體的中間區段呈現圓柱形配置。
22. 如申請專利範圍第12項所述的浮力裝置，其中該中空主體的中間區段呈現多邊形配置。
23. 如申請專利範圍第1項所述的浮力裝置，其中該中空主體配備一或多個浮力腔室。
24. 如申請專利範圍第23項所述的浮力裝置，其中該一或多個浮力腔室係位於該中空主體內。
25. 如申請專利範圍第1項所述的浮力裝置，進一步包含可選擇性 改變浮力，係包含將浮力的引進或排除以控制流體進入或離開該浮力腔室。
26. 如申請專利範圍第1項所述的浮力裝置，其中該中空主體包含一個內部框架結構及一塊形成外部表面的周圍皮層。
27. 如申請專利範圍第26項所述的浮力裝置，其中該幫浦的一缸筒係位於該內部框架結構內的中心。
28. 如申請專利範圍第1項所述的浮力裝置，其中該中空主體的內部係配置成該中空主體可置於陸地及水中。
29. 一種波能轉換系統，包含一浮力裝置，該浮力裝置包含一中空主體，該中空主體呈現出一個外部表面，該中空主體被調整成在操作時持續位於水面下，一或多個浮力腔室被配置於該中空主體內部，一開啟工具可讓水進入該中空主體內，一幫浦在操作上是連接到該浮力裝置，以便回應波動，該幫浦被併入一條液壓迴路，流體沿著該迴路被該幫浦傳送出來，該幫浦具有一第一通口及一第二通口；其中，該幫浦配置成，當該幫浦內的一工作腔室接近某個最低容積狀況時，可阻斷該第二通口與該工作腔室之間的流通，當該第二通口阻斷時，流體從收縮的該工作腔室排出的速率受到限制，造成仍留在該工作腔室的該部份流體以較快的速率受到壓縮，因而對該幫浦的一活塞頭的持續動作傳送較大的阻力。
30. 如申請專利範圍第29項所述的波能轉換系統，其中該中空主體包含一個上區段、一個下區段、以及該上、下區段之間的一個 中間區段，該開啟工具在該中間區段包含數個孔。
31. 如申請專利範圍第29項所述的波能轉換系統，其中受控制的流體特性包含流體壓力在該幫浦傳送行程期間上升的速率，針對流體壓力在該幫浦傳送行程期間上升的速率進行控制可提供一套系統，用來緩和該波能轉換裝置上的過度負荷。
32. 如申請專利範圍第29項所述的波能轉換系統，其中該液壓迴路包括一個蓄能器，該蓄能器以液壓方式來抵抗該幫浦傳送行程。
33. 如申請專利範圍第32項所述的波能轉換系統，其中該蓄能器的配置可讓液壓抵抗該幫浦傳送行程的速率在傳送行程期間逐漸上升。
34. 如申請專利範圍第29項所述的波能轉換系統，其中該幫浦包含一個往復式活塞幫浦。
35. 如申請專利範圍第34項所述的波能轉換系統，其中該幫浦包含一個主體，該主體界定出一個腔洞，以及一個位於該腔洞內的一活塞總成，該主體與該活塞總成共同在該腔洞內界定出一個工作腔室，該工作腔室可隨著該活塞總成與該主體之間的相對動作而改變容積，其中該蓄能器在操作上可透過阻力流體連接到該工作腔室。
36. 如申請專利範圍第35項所述的波能轉換系統，其中該活塞總成將該腔洞劃分成一個工作側及一個閒置側，該工作側界定出該工作腔室。
37. 如申請專利範圍第35項所述的波能轉換系統，其中該活塞總成 包含一個位於該腔洞內的活塞頭，以及一從該腔洞延伸出來的活塞桿。
38. 如申請專利範圍第35項所述的波能轉換系統，其中該主體包含一個缸筒。
39. 如申請專利範圍第38項所述的波能轉換系統，其中該缸筒連接到一個安置在水底的停泊處，該活塞桿則是連接到一繫鏈。
40. 如申請專利範圍第29項所述的波能轉換系統，其中該第二通口與一條流體流動路徑相通。
41. 如申請專利範圍第29項所述的波能轉換系統，其中該腔洞的配置包含一個具有較大直徑的第一腔洞區段及一個具有較小直徑的第二腔洞區段，其間界定出一個肩部，該第一腔洞區段容納該活塞頭，該第二腔洞區段被併入該工作腔室。
42. 如申請專利範圍第41項所述的波能轉換系統，其中該第二腔洞區段具有一個側壁，該第二通口開啟於其上，而該肩部界定出一個環形面，其面臨該第一腔洞區段，該第一通口開啟於其上，用來與該第一腔洞區段流通。
43. 如申請專利範圍第41項所述的波能轉換係統，其中該第二腔洞區段的大小可容納該活塞桿，但不能容納該活塞桿的一活塞頭，該活塞桿從該活塞頭延伸出來，穿過該第二腔洞區段。
44. 如申請專利範圍第41項所述的波能轉換系統，其中該活塞桿與一遮蔽套筒連接，該套筒被安置在該活塞頭旁，當該工作腔室接近其最低容積狀況時，該套筒將進入該第二腔洞區段，該套 筒進入第二腔洞區段時，與該第二腔洞區段的側壁合作，共同遮蔽該第二通口與該第一腔洞區段的流通。