CN103814211A - 一种改进的自由浮动式波浪能转换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自由漂浮浮动式波浪能转换器，该自由浮动式波浪能转换器包括一个挠性管和一个入口。该挠性管浮动在水面上，遵循波浪形状。水段塞和空气段塞通过该入口相继进入。由于该挠性管遵循波浪的形状，因此水通过一个歧管输送至连接到发生器上的一个压力室中。该入口由附接到该挠性管的喉部上的空心的、非挠性管组成。该非挠性管被固定地附接到一个浮力箱或多个这样的浮力箱上。这些浮力箱被安排在一个竖直平面中或串联安排，其中该非挠性管沿垂直于该浮力箱的纵向轴线的平面延伸并且前向部分在该浮力箱的前面充分地伸出，其中该挠性管终止于单个出口处。

Description

一种改进的自由浮动式波浪能转换器

技术领域

本发明涉及一种改进的自由浮动式波浪能转换器。更具体地说，本发明涉及一种与海洋波浪能转换器（WEC）相关的改进的自由浮动式波浪能转换器“IFFWEC”。

背景技术

自由浮动式波浪能转换器已在申请人的早期专利/专利申请号AU2006274564（Al）、BRPI0614487（A2）、CA2617208（Al）、EP1915528（Al）、EP1915528（Bl）、JP2009503362（A）、NO20081115（A）、NZ566247（A）、US2008229745（Al）、US7823380（B2）、US2011006531（Al）、WO2007015269（Al）以及ZA200801801（A）中进行了披露。

原始发明基本上由一个挠性管或多个这样的挠性管组成，该挠性管浮动在海面上并且适应波浪形状，适当地系泊以便维持纵向轴线总体上朝向波浪方向。附接在挠性管的口部的特殊“入口”将空气和水的分度段塞/段吸入到“挠性管”中，与波浪同步。

流体压力在“挠性管”中积累，直到它高到足以驱动一个涡轮机或将海水泵送到储罐中等。若干这样的管可以被集合以形成一个波浪能农场。在其余条件保持恒定的情况下，“挠性管”的数量和长度增加，对应地增大了流量和压力。

在美国申请20100276933中，其中已采用“漫溢”原理来运行涡轮机。一种类似的方法已用于在此所披露的装置之一，不过是用于将水馈送到一个“入口”系统中。

“空气提升泵”原理（其具有超过100年年份的专利）也已用于在此所披露的又另外的子系统中，但具有某些差异。例如，在此情况下空气压力是从系统内部供应的，而不是如在所公开材料的情况下从外部送入的。

发明内容

本发明披露了所做出的若干改进和发明来克服上文列出的原始申请中所披露的系统所经历和所预期的问题的改型装置。然而，为了提供连续性，已保留了具有参考号的原图。

附图说明

图1描绘了本发明的操作原理；

图2A是根据本发明的“自由浮动式波浪能转换器”的透视图；

图2B描绘了本发明的一个优选实施例；

图3示出了在空转和压力流状态期间在“挠性管”中的空气和水“段塞”；

图4示出了本发明的一个典型“入口”；

图5示出了具有浮力控制的“入口”；

图6示出了具有一个可充气浮力箱和控制的“入口”；

图7示出了具有多个可充气浮力箱和控制的“入口”；

图8（a）示出了本发明的一个水力/气动致动入口的侧视图，图8（b）是前视图，并且图8（c）是挡板类型变化；

图9示出了一个扁平的圆锥形进口；

图10示出了一个空气-水分离器；

图11A至图11C示出了与挠性管相关联的各种可充气的管。

具体实施方式

以下详细说明和附图描述和说明了本发明的不同示例性实施例。本说明书和附图用于使得本领域普通技术人员能够制造和使用本发明，并且并不旨在以任何方式限制本发明的范围。就所披露的方法而言，所提出的步骤在本质上是示例性的，并且因此步骤顺序不是必要的或关键的。

某些用于实现所希望结果的设计原理在随后的段落中进行论述。

附图中的图1示出了在一种挠性管安排中的空气和水段塞的性能。为了便于理解，我们已将波浪视为是串联连接的规则曲线101，如在“U型管压力计”的情况下。我们还假设，一开始，水102均匀地填充在管101的所有槽段101A，其中空气103被截留在峰段101B中。可以看出的是，由于所有这些段101A、101B都是串联连接的，所以施加在管101上任一点处的任何力都将被传输到该管的整个长度上。因此，如果某个气动压力104被施加在管101的一端处，那么它将沿前面的峰105向上（逆着重力）“推动”所有水段/段塞。换句话说，将形成一个压头，该压头将等于水段的所有高度位移的总和。

图2A描绘了FFWEC的透视图，该图描述一种描绘了以下各项的安排201：向岸上移动的波浪202；近岸（“湍流区”）的反射波203；以及对应地在一端连接到多个“入口”205上、在相反端进一步连接到一个“歧管”206上的多个“挠性管”204，并且该歧管206通过一个管207或多个这样的管与“压力室”或“气动蓄能器”208或多个这样的“压力室”或“气动蓄能器”处于流体联通。压力室208进一步通过“空气和水管路”209连接到发生器210或涡轮机上。系泊件211被提供在“入口”205处；支撑件212可以被提供用于管207。至少一个排泄管213被连接到室208上；并且栅极电源214被连接到发生器210上。

尽管上述系统中的一些已示出为是在岸上的，但甚至也可以是位于离岸的。同样，气动压力也可以是由气动压缩机而不是压力室形成的。还将有可能直接从来自“出口”的流体流产生动力。用于流体联通的各种管也可以是多个。上述装置和方法是优选的选项而不是仅有的可能性。

图2B是本发明的优选实施例的放大视图，基本上包括在一端连接到“入口”205上的“挠性管”204。“出口”或“联接件”215被附接到管204的相反端上并且进一步连接到图2中所示的多个部件上。“吊杆”218从“入口”205向下延伸并且任选地包括一个“压载物/阻尼器”219和一个系泊环220。系泊索221被附接到环220上。

本发明的图3描绘了浮动在波浪上的一个“挠性管”301，其中水302和空气303“段塞”处于持续流中。连接到管301的出口的一个储水器309被定位在朝向流的出口侧的高度处，这个高度表示在该流上压头304的范围，其中波浪运动的方向为从左到右（箭头305）。在无背压的情况下（箱309中无水），水“段塞”302保留在管301的槽中，而在箱309中有水的情况下，段塞302被沿前面的波峰306向上推动，以便在流上产生一个增加的压头308。

图4的基本实施例示出了一个“入口”设备420，该“入口”设备包括一个单一的“非挠性管”400、至少一个浮力箱401，该箱通常浮动在水体411的表面上。空气和水两者均可以通过管400的口部402进入并且该管的一个出口403与“挠性管”404的一个前端相流体联通地连接。

进一步来说，设备420另外地并且总体上由一个“吊杆”405组成，该吊杆固定地附接到该设备上亦或铰接到该设备上。在先前的安排中，吊杆405可以具有一个“压载物和/或阻尼器”406和具有一根附接系泊索408的一个系泊环407（均悬挂在该设备下方），以用于提供并增强该组件的稳定性，特别是在竖直轴线418上的稳定性，也就是说使该组件的俯仰运动最小化，同时提供起伏（即，沿竖直轴线）的自由度。这些部件如果定位在浮力箱401下方，则使将由因漂心“F”415与重心（CG）416之间的距离而形成的力矩臂以另外的方式产生的转矩最小化。因此，漂心与重心是沿竖直轴线418或与之最接近之处保持对齐的。

然而，在先前的情况下，“非挠性管”（即，入口400的纵向轴线）具有围绕横向轴线俯仰并且同样起伏的自由度。“压载物”406还用作一个“阻尼器”，从而在沿波浪上下移动时形成阻力。因此，如果该压载物被定位成远离漂心“F”415（在沿入口的纵向轴线的某处），那么它将引起转矩，从而使得“非挠性管”400的口部402在随波浪漂游时上下俯仰；这一方面随后将在此下文中进行讨论。应当注意的是，在“零起动”时，将有必要的是以所要求的速度和量推动水进入“非挠性管”400的口部402中。因此，将有必要的是在波浪的水平分量与“非挠性管”400之间具有一个相对运动。如果“入口”420随波浪俯仰，则这不会发生。“压载物”406增强了“入口”420在竖直轴线415上的稳定性，从而使得俯仰运动最小化，如本发明的一些实施例中所要求的。“挠性管”404（其拖曳设备420）提供了方向稳定性。这样，该挠性管在其沿波浪上下浮动时几乎保持处于一个直立位置并且端正地对齐。

入口420总体上面向迎面而来的波浪（方向箭头410）并通过调整浮力箱401的浮力而浮动在离（SWL）适当的距离处。在多个操作条件下，该入口典型地进入一个槽411附近并且在波浪通过时，在波浪的一个峰412处退出（为了解释这个顺序，附图中的波浪示出为是静止的，同时“入口”420示出为处于三个位置中，从右向左移动）。当波浪撞击“非挠性管”400的口部402时，进入其中的水与主要水体分离，同时继续以同一个波速移动穿过该非挠性管。“水相”414从迎面而来的“空气相”413的槽开始。因此，水和空气“段塞”的交替摄入是与波浪适当地同步的。进入点412和退出点411依据多个因素（如“出口”215处的背压、波浪条件、“挠性管”204的长度等）而变化，并适当地进行控制。

该系统可以在无任何控制装置的情况下，在无风波浪气候条件下，以平均效率和可靠性进行工作。然而，由于波浪是不规则的，因此还为最优地控制和调节空气和水的吸入时间和吸入量做出规定。

空气和水“段塞”的摄入量和摄入时间是通过改变“入口”的浮力和/或其沿其横向轴线的“上-下”倾斜来控制的。浮力是通过分别用空气或水填充浮力箱来增大和减小。可替代地，入口420也可以由某些致动装置或通过挡板安排推到水中和推出水外。这使得能够根据波浪条件吸入这些“段塞”。

在下文详细描述了这样的入口：其具有用于控制和调节浮力的装置，因此可以在某一程度上控制空气和水的吸入时间和吸入量，此外还有可能仅吸入水来使该设备/系统在恶劣天气中下沉或通过仅吸入空气来停止操作并且使该设备/系统完全浮动。

图5示出了包括一个“入口”设备501的以上实施例，该“入口”设备具有至少一个“浮力箱”502，该至少一个“浮力箱”具有一个“气动导管”506，该气动导管的一个顶端506A在“浮力箱”502的顶部中打开。导管506是通过一个软管505连接到“压力室”208（图2）上，其中一些控制系统/装置808优选定位在那里，以用于改变“浮力箱”502中的气动压力。通过改变“浮力箱”502中的气动压力，水通过一个“水呼吸管”507推入/推出，该水呼吸管的顶端被固定地附接到“浮力箱”502的底部并且下端打开进入下方的海中，因此改变“入口”501的浮力，从而控制空气和水的摄入时间和摄入量。此实施例的其余安排保持与上文图4中所描述的那些安排类似，包括：一个“非挠性管”503，该非挠性管连接到一个“挠性管”504上；一个“压载物”508，该压载物其任选地附接到管507上；一个系泊环509，该系泊环附接在管507的底部；以及一条系泊索510，该系泊索附接到环509上。

在另一个实施例中，一个“入口”设备601（由图6示出）包括与如上所述的气动软管605直接连接的至少一个“可充气的浮力箱”602，但无“气动导管”和“水呼吸管”（其余安排与以上段落中所述的先前实施例类似）。软管605终止于箱602内部的一个导管606处。一个“非挠性管”603被连接到一个“挠性管”604上，一个支架607将一个吊杆608附接到管603上，一个“压载物”609被临时附接到杆608上，一个系泊环610被附接在杆608的底端处，并且一条系泊索611被附接到环610上。

如可以了解的，“入口”设备601的浮力可以通过对“可充气的浮力箱”602进行充气/放气来改变。可充气的可变浮力箱602可以是（如图6中所示）一种球形形状或任何其他合适的形状并且其操作原理在每种情况下也是类似的。

在图7所示的又一个实施例中，“入口”设备701包括至少两个“可充气的浮力箱”702，这些可充气的浮力箱通过对应软管705和706而单独地、群组地或共同地与“压力室”208或多个气动压缩机相连接，这些气动压缩机可以是岸基的并且具有气动压力以及总体上安装在那里的控制件和切换装置。“可充气的浮力箱”702被适当地安排在“入口”设备701上，由此可以通过单独地改变“可充气的浮力箱”702的浮力来控制俯仰（即，围绕“入口”设备的横向轴线的旋转角度）及其浮力。还示出的是连接到“挠性管”704上的一个“非挠性管”703、用于将一个“吊杆”708和管704附接到管703上的多个支架707、附接到杆708上的一个“压载物”709、附接到杆708的一端上的一个系泊环710以及“漂心”（F）711。箱702包围管703并且还可以定位在杆708上。

如果“阻尼器”709定位在“漂心”（F）711后部的某个距离处（而不是（例如）如图5中所描述在该漂心的竖直下方），并且吊杆708可以被铰接到该设备上以便使得能够俯仰，则由“压载物/阻尼器”709引起的阻力将形成某个转矩，该转矩将使得“入口”701以（F）作为支点“向上”倾斜/俯仰，同时该入口沿波浪向上漂游，反之亦然。在这种情况下，在“水相”414（图4）过程中将处于“非挠性管”703中的水还将通过“入口”701的另外俯仰运动而被提升，从而导致水在“零起动”时填充空的“挠性管”704。“非挠性管”703的旋转角度可以通过改变对应浮力箱702的浮力而变化。

在另一个实施例中，使用了至少两个“刚性浮力箱”（其构造与上文图5所阐述的“浮力箱”502类似），而非图6的可充气的浮力箱602。这些部件的安排及其功能与上文图7中所阐述的类似，包括“非挠性管”、“挠性管”、“吊杆”、“压载物”以及系泊环。

图8（a）至图8（e）是具有某些替代部件和控制件的水力/气动致动入口系统800的示意性表示。与先前系统相比，这些系统使得能够更准确地、更快速地并且积极地控制空气相/水相411-412，其中“入口”设备420典型地进入一个槽411附近并且在波浪穿过时在它们的一个峰412处退出。控制那些操作的装置和方法已在图5至图7中进行了描述。

然而，在图8（a）所描绘的实施例中，一个入口803可以更加准确的时间顺序地上升到水面上方804A处并且推到水面下方804B处。水面以下较高的压力还有助于将水段塞推到入口803中，并且当这些水段塞被提升到一个高度时还形成了一个“压头”，这两个因素均有助于形成不同的水段塞并且还赋予速度给它们，特别是在“零起动”时。该装置可以另外地具有一个倾斜机构。

这个系统800包括一个悬挂装置801，其描绘为一个倒“U”形框架；至少一个浮力箱502，该至少一个浮力箱附接到悬挂装置801的任一侧上的多个吊架801A上。浮力箱502具有与图5至图7以及上述相关段落中所描述的那些类似的控制特征（未示出）。

入口管803（其可以具有与在此所披露的其他入口管401、501、601等不同的形状和尺寸）被附接到往复式机构（例如，杠杆、引导件、剪式千斤顶或升降器）的一端上，该往复式机构是由线性致动器（例如，风箱或气缸，典型地是如图8中所示的气缸804）操作，该往复式机构被进一步附接到“挠性管”204上，并且该往复式机构的另一端804通向悬挂装置的水平梁801B。

入口管803通过至少一个线性致动器804沿竖直轴线在完全缩回位置（空气中）804A与完全延伸位置（水中）804B之间往复运动。线性致动器804可以是由空气、油或甚至海水驱动的气动或水力系统。

气动压力是通过与线性致动器804处于流体联通的多个软管505和一个压缩空气源（未示出）如压力室208提供的。可替代地，流体甚至可以是由外部泵驱动的液压油或海水。入口管803的往复运动和旋转运动是由合适的感测和控制系统808通过来自以下各项的输入触发：入口管803处的波浪相、“出口”215处的背压、“挠性管”204的长度、波浪条件或波浪气候、能量需求等。

图8（b）描绘了一种旋转致动器802，其安装在入口管803上，附接到致动器804的下端，并且使得入口管803能够围绕横向轴线旋转某些角度?。

图8（c）描绘了水力/气动致动入口800的又一个版本。“挡板型”入口805系统具有两个入口管（而不是本发明中先前所描述的一个单一的入口803），每个入口管各自对应地用于水806和空气809的吸入。空气807A和水807B是通过对应的管交替地吸入的。一个挡板810交替地关闭空气端口810A亦或水端口810B，同时相对的一个端口自动打开，从而将对应的段塞馈送到挠性管204中。一个致动系统813（其构造与气缸致动器装置804类似）被用来通过合适的UP/DOWN812连杆机构操作挡板阀810。其余部件与上文图8（a）和图8（b）中所描述的那些保持类似。

“挡板型”入口805系统与本发明中所描述的其余者之间的主要差异在于：水806和空气809的吸入管始终分别保持在水下和水上；如在附图中用“水”示出。在此实施例中，并非将入口803推到水中和推出水外，而是利用打开和关闭对应端口的挡板来吸入空气807A或水807B段塞。这个安排要求相对较少的时间和力来在这两个相之间变换，此外还对水流造成极小干扰。然而，该安排还需要更多数量的移动部件。

虽然已提到了某种类型的致动器802、804，但可以使用任何其他类型的致动器。入口管803处的波浪相可以由可供用于测量波浪高度、时间周期等的任何各种合适的传感器感测（未示出）。在上文所披露的大多数先前入口装置中，波浪的相速度被直接转换成水段塞流量。然而，由于“水吸入相”414大多数情况下在一个槽411附近开始，其中在流方向上的速度不仅仅是低的，而且甚至可以越出相180°。因此，水段塞有可能没有获得足够的“推动”或动能来在适当的时候，特别是在“零起动”的时候突然加速到相速度。为了克服这种失配，有可能首先通过使在位于某个高度处的储罐或箱（将水储存在那里）中的水补足来将波峰处的动能转化成势能；并且随后通过特别是在“零起动”的时候，将段塞加速到所希望的速度、量和波浪相来将势能再转换成动能。某些用于实现以上操作顺序的实施例在下文进行披露。

图8（d）披露了自动入口（814）的又一个实施例，包括一个箱馈送入口816，其中箱815适当地附接在箱馈送入口816的顶部上并且箱815通过具有可调长度的一个伸缩管或挠性管817与箱馈送入口816处于流体联通。箱馈送入口816进一步通过挡板810与挠性管204处于流体联通，该挡板打开/关闭空气端口810A亦或水端口810B，其中箱馈送入口816如同在上文“挡板型”入口805的情况下一样起作用。

一个带沟槽的斜坡818被附接到箱815上，以使得该具沟斜坡的后缘接合在箱815的前部和顶部中且其前缘处于SWL附近。

图8（e）是图8（d）中所披露的入口系统的一个版本，包括一个入口819，其中箱815适当地附接在该入口的顶部上并且通过具有可调长度的一个伸缩管或挠性管817与入口819处于流体联通。入口819进一步通过一个第一挡板810与挠性管204处于流体联通，该第一挡板打开/关闭空气端口810A或水端口810B。

入口819通过一个致动系统813来致动，该入口进一步具有定位在第一挡板810前面的一个第二挡板811，其中第二挡板811打开/关闭海洋端口811A或箱端口811B。在海洋端口811A“打开”位置/箱“关闭”位置中，来自海洋的水可以经由第一挡板810流过箱馈送入口816，进一步进入挠性管204中，如在图8（d）的情况下一样，而箱端口811B将保持“关闭”，反之亦然。

当海洋端口811A是“打开”的/箱端口811B是“关闭”的时，入口819如同入口805（图8（c））一样起作用。然而，当箱端口811B是“打开”的/海洋端口811A是“关闭”的时，入口819如同在箱馈送入口816（图8（d））的情况下一样起作用。

进一步来说，一个带沟槽的斜坡818被可旋转地铰接819到箱815上并且可以通过一个类似的致动机构813“向上”移动818A/“向下”移动818B。使该具沟斜坡818下降直到其前缘接近SWL818B，以通过总体上在“零起动”的时候移动波浪来使得箱815能够漫溢，并且“向上”提升该具沟斜坡以继续操作。由于进入箱馈送入口816的水段塞的速度将是箱815中在箱馈送入口816上方的水位的“压头”“h”的函数，因此所希望的段塞速度可以通过调节该“压头”“h”来实现，“压头”可以基于部署区域中的平均快速手动地设定，亦或根据来自感测装置808的输入由一个伺服机构（未示出）自动地设定。然而，后一个选项将会增加复杂性，伴随着随之而来的成本增加、O&M问题等。因此，手动选项是优选的，由于大多数情况下在“零起动”或强力起动（kick-start）的时候，将要求在某个压力和速度下馈送水，所以情况更是如此。

其余安排总体上是与上文图8（a）至图（d）中所描述的那些类似的。为了避免混乱，没有示出在本质上通用的各种结构部件。

图5和图7中所描述的“杆”和“压载物/阻尼器”安排406、708、709以及710任选地与重心“CG”416成直线地附接到箱馈送入口816上。压载物/阻尼器709保持入口系统805D在竖直位置中沿竖直轴线对齐，并且还在其随波浪漂游时抑制起伏运动。在上文图5和图7的说明中已涵盖了此基本原理。由于入口系统805D拒绝遵循波浪形状，因此波浪沿斜坡向上翻滚并填充箱815，水储存在该箱中直到通过打开入口端口810B进入816中。

还有可能将一个实施例的特征与另一个实施例的特征组合起来。例如，较大直径的管或箱815可以被附接在入口的箱馈送入口816的前面。当被提升且向后倾斜时，水将以所希望的速度和时间流入入口803中。挡板810将被排除。

本发明的另一个特征是一个“扁平的圆锥形进口”900（在下文称作“进口”以将其与“入口”205/420区分）。众所周知的事实是，在其他因素保持恒定的情况下，管直径越大，摩擦损失就越小。由于这个原因，其中一方面小直径的管由于其在海洋中所预期的波浪速度下的较高的摩擦损失而不是合适的，另一方面大直径的管在波浪高度相对较小时是无效的。

这主要是因为在这种情况下，（a）“入口”的口部可能未完全进入一个槽411中并且在一个峰412处退出，而是在大部分时间仍部分地保留在空气和水中。因此，整合的水段塞可能不会形成，从而阻碍了对于积累压力来说是至关重要的液体密封的形成，并且（b）大直径的“入口”将花费较长的时间来通过空气-水。在此期间，空气和水都将同步地进入“入口”420中，从而创造与先前段落中所描述的一种情况类似的情况。“进口”旨在解决这些问题。

图9描绘了由以下各项组成的“进口”900：一个空心圆锥形体901；具有圆角矩形截面902的一个较窄口部；以及用于适应挠性管204的一个圆柱形出口903。“进口”的截面面积沿其长度始终保持接近恒定并且其从圆角矩形904平滑地融合到圆形形状，从而提供更好的流体动态特性。进口可以直接地附接到“挠性管”204上，亦或“入口”205/420的口部上。进口900有助于特别是在较浅的波浪气候下吸入水。

本发明的一个另外的特征包括一个“空气-水分离器”1000。有可能在依据“U型管压力计”原理工作的一个安排（如本发明）中将水向上泵送到某个高度以上，而不管可以施加或正由“挠性管”产生的压力的量如何。

参照段落[0046]和图1。现在，如果气动压力104增加，那么已经处于“最低水位”105的“水段塞”101A不能被进一步推动，但由“水段塞”101A形成的“液体密封”将被冲破，并且截留在“空气段塞”105中的空气103将穿过“最低水位”处的“水段塞”105喷涌出来。某些来自“水段塞”105的水也将溢出到邻近的槽段中。因此，压力106将降低至某种程度，并且空气将继续逸出只要空气正被泵送进来。

还参照段落[0048]和图3，“压力下的段塞”。同样在这种情况下，如果“水段塞”302刚好在其“最低水平”以下，那么“液体密封”将类似地被冲破，从而使得空气压力能够逸出。当“空气段塞”303耗尽时，由它们提供的浮力也将减小，导致邻近的两个“空气段塞”303之间的“挠性管”204下陷，从而使得它们淹没。因此，“挠性管”301可能下沉。这种现象在以下情况中更为突出，其中“压头”308的高度超过“水段塞”306的高度，并且管的直径也是大的；例如，内径甚至为10cm。然而，在现场条件下，管的直径将在一米左右。作为这个问题的解决方案，“空气-水分离器”1000在下文进行描述。

图10描绘了“空气-水分离器”1000，即，附接在“挠性管”205的排放侧或“歧管”206或“出口”215的一种设备。来自“出口”215的水和空气在压力下被泵送到空气-水分离箱1002中并且在其中被分离，其中空气和水由于重力而分别向上和向下流动。流体进一步通过空气1003和水1004管209对应地运送到压力室208和/或涡轮机/发生器210中。空气压力通过空气软管1003泵送并通过“空气排放喷嘴”1005注入到压力室208中，该空气排放喷嘴的口部被定位在SWL下方，位于给定的深度处并被称为“差压深度”1007。

空气-水分离箱1002中的水位维持在“差压水平”1010，即，在“出口”215下方的某处，而不考虑压头H。这是因为“空气排放喷嘴”1005被定位在“差压深度”1007处，即，SWL下方。将水从“空气排放喷嘴”1005移位所要求的压力还作用于空气-水分离箱1002的顶面，从而将其中的水向下推动一个相等的深度，即，推到“差压水平”1010处。“压力室208”和空气-水分离箱1002对应地使水段塞和水柱保持处于平衡状态，从而使得其成为一个封闭系统。

水和空气在压力下从“挠性管”205通过空气-水分离箱1002的流动将在“压力室”208中积累一个压头“H”，并且通过水管路209排放出来以运行涡轮机210。注入到“压力室”208中的气泡将增大其中流体的量并且还有助于增强流体的向上流动，从而增大压头“H”。因此，还使用了压缩空气中的压力能。

在这种情况下应用“空气提升水泵”或“盖瑟泵（Geyser Pump）”的原理，不同的是：所提升的水和气动压力均是从同一来源（即，“挠性管”）供应的。空气压力/气胎被泵送回该系统中，从而增大了总效率或也使能量损失最小化。

图11B示出了沿“挠性管”204的长度在外部且横向地附接在该挠性管的两侧上的一对可充气的管1300。在附图左手边的是这些可充气的管的前视图1301。

可充气的管1300在“零起动”的时候充气并且在该系统在稳定状态下运行时放气。通过这种方法，可以排除在启动过程中的下陷。可充气的管1300中的压力还可以根据操作条件在充气与放气之间变化。

气动压力可以是从压力室（208）或一个外部源供应的并且由一个控制装置控制。

图11C示出了另一个实施例，其制止“挠性管”204下沉超过一个预设深度/限度1303。在这种情况下，一个可充气/可放气的管1302被竖直地设置在“挠性管”204上方。该可充气的/可放气的管1302是通过系链1308（具有所希望长度的绳索或线束）与挠性管204相附接，以用于制止挠性管204行进到波浪表面下的深度/限度1303以下。例如，如果系链1303的长度是1m，那么这些水段将被制止行进到这个深度以下。可充气的/可放气的管1302中的压力可以变化以便在某个程度上延长深度/限度1303。

气动压力是从“压力室”208或任何其他外部源供应到可充气/可放气的管1300、1302中。这些可充气/可放气的管中的压力是用定位在外部的多个控制装置控制的。

同样在以上情况下，所选择的深度1303可以如以上段落[00105]所描述而逐步地改变。

在用于此实施例的另一个选项中，使用了可充气/可放气的气囊，而非可充气的管。

按照查理定律/气体定律，除了可压缩性之外，将影响FFWEC的功能的其他显著因素是由于压缩而引起的温度上升。然而，它大多会被水吸收。相反，在“压力室”208发生器210中发生膨胀时，温度将会下降，这可能会导致冻结，特别是当在低温度下（如在高纬度地区）操作时。除了能量损失/热损失，在加热流体以防止冻结时将不得不花费更多的能量。因此，为了保存能量，通过用隔热材料包裹“挠性管”204或提供内置隔热物来使该挠性管适当地隔热。

为了进行系泊，优选使用多个系泊浮筒，因为系泊索的重量将由这些浮筒承担并且这样不会作用于“入口”或系统。

挠性管的取向对于能量提取具有重要的意义。能量被一个“挠性管”渐进地提取。因此，如果该挠性管直接沿波浪方向设置，那么其可以吸收的最大能量将限于在前面作用于其截面（即，管的口部区域）的波浪的能量。然而，如果该挠性管与波浪方向成某个角度铺设，那么能量将在波浪沿管的长度行进时被渐进地吸收。

同一操作原理和多个安排的其他各种变换和组合也是可能的，但在此未提及。

根据本发明的规定，已经在被视为表示优选实施例的内容中描述了本发明。然而，应注意的是，本发明可以在不脱离其精神或范围的情况下，以除所具体示出和描述之外的其他方式进行实施。

Claims (15)

1.一种用于自由浮动式波浪能转换器的入口系统（800），该入口系统具有与一个挠性管（204）流体相联通地附接的一个入口（803，806，816，819），该挠性管在一个入口端（205）与一个出口端（215）之间延伸并且系泊成成角度地面向水体中的一个波浪方向，该入口系统包括：

至少一对浮力箱（502）；

一个悬挂装置（801），该悬挂装置用于支撑并将这些浮力箱（502）附接在该入口（803，816，819）的任一侧上；以及

一个线性致动器（804，813），该线性致动器安装在该悬挂装置（801）上，

其中该入口管（803）由该致动器（804）推到水中和推出水外。

2.根据权利要求1所述的入口系统，该入口系统另外包括：

一个旋转致动器，该旋转致动器安装在该线性致动器（804，813）上，该线性致动器进一步安装在悬挂装置（801）上；

其中该入口（803）通过该控制机构（804，813）在俯仰轴线上由该旋转致动器（802）旋转某些角度，以用于选择性地控制水和空气进入该入口（803），从而精确地吸入空气段塞和水段塞并以一个所希望的速度和时间将它们馈送到该挠性管（204）中。

3.根据权利要求1所述的入口系统（805），包括：

一个入口（806），该入口始终处于水下，通过水端口（810B）与挠性管（204）处于流体联通；

一个空气呼吸管（809），该空气呼吸管始终处于空气中，通过空气端口（810A）与入口（806）处于流体联通；

一个第一挡板（810）；

其中该第一挡板（810）通过该控制机构（804，813）打开该水端口（810B）亦或空气端口（810A），以用于选择性地控制水和空气进入该入口（803），从而精确地吸入空气段塞和水段塞并以一个所希望的速度和时间将它们馈送到该挠性管（204）中。

4.根据权利要求3所述的入口系统（814），包括：

一个入口（816），该入口通过一个软管（817）与箱（815）处于流体联通，水端口（810B）位于该软管的一端上；

以及一个空气呼吸管（809），该空气呼吸管通过空气端口（810A）与水入口管（816）处于流体联通；

并且该挠性管（204）位于另一端；

其中该箱（815）被安装在具有一个带沟槽的斜坡（818）的顶部上，以用于漫溢来自迎面而来的波浪的水；

其中该第一挡板（810）通过该控制机构（804，813）打开来自该箱的该水端口（810B）亦或空气端口（810A），以用于选择性地控制水和空气进入到该入口（816），从而精确地吸入空气和水段塞并以一个所希望的速度和时间将它们馈送到该挠性管（204）中。

5.根据权利要求5所述的入口系统（820），包括：

入口（819），该入口具有一个另外的第二挡板（811），该第二挡板具有一个海洋端口（811A）和一个箱端口（811B）；

其中该箱（815）被安装在具有该带沟槽的斜坡（818）的顶部上，

其中该第二挡板（811）打开该海洋端口亦或箱端口，以用于选择性地控制水进入该入口（819）中；

其中该入口（819）进一步通过该第一挡板（810）与该挠性管（204）处于流体联通；

其中该第一挡板（810）打开该水端口（810B），以用于来自海洋/箱的水的进入；亦或打开空气端口（810A），以用于空气进入该入口（819）和该挠性管（204）中；

在该海洋端口（811A）打开的情况下；即，箱端口（811B）关闭，该入口（819）如根据权利要求3所披露的装置一样起作用，而在箱端口（811B）打开时，该入口如根据权利要求4所披露的系统（814）一样起作用。

6.根据权利要求3和4所述的入口系统（820），包括：

该箱（815），其中该带沟槽的斜坡（818）被可旋转地铰接（819）到该箱（815）上；其中该带沟槽的斜坡（818）可以通过该控制机构（804，813）而降低以用于使该箱（815）漫溢或缩回以便停止漫溢。

7.根据权利要求1至6所述的入口系统，包括：

一个“杆”（708），该杆竖直地附接到这些入口的重心（416）下方。

8.根据权利要求7所述的入口系统，包括：

一个“压载物/阻尼器”（709），该压载物/阻尼器附接在该杆（708）上，以用于维持这些入口系统在竖直位置中对齐并且还在其随波浪漂游（ride）时抑制起伏运动；

一个系泊环（710），该系泊环被附接在该杆（708）上，以用于该装置的系泊；

其中由于该“压载物/阻尼器”（709）所提供的阻力，波浪沿该斜坡向上翻滚并填充该箱（815）或者被推到该入口中；

其中水被存储在该箱（815）中，处于一个较高的势能水平，直到以所希望的段塞速度释放到这些入口中。

9.一种用于自由浮动式波浪能转换器的空气-水分离器（1000），该空气-水分离器与位于一端的出口（215）或“歧管”（206）以及位于另一端的压力室（208）和涡轮机（210）流体相联通地附接，该空气-水分离器包括：

一个空气-水分离箱（1002），该空气-水分离箱具有一个或多个入口，该一个或多个入口通过与该压力室（208）处于流体联通的多个入口和出口接收来自出口（215）或“歧管”（206）的空气和水的进流，以便通过空气管（1003）运送空气并且通过管（1004）运送水。

10.根据权利要求10所述的空气-水分离器（1000），包括：

一个空气排放喷嘴（1005），该空气排放喷嘴附接在空气软管1003的一端，其中气动压力通过该空气排放喷嘴（1005）排放到该压力室（208）中，该空气排放喷嘴的口部定位在SWL下方的某一水平处；

其中将水柱从该“空气排放喷嘴”1005的内部移位所要求的压力作用于该空气-水分离箱（1002）中的水位上，从而将其中的水位向下推动一个相等的量，而不管压头“H”的大小如何；

其中该“压力室”（208）中的气泡增大了该压头“H”。

11.根据权利要求10所述的空气-水分离器（1000），包括：

一个管（209），该管与该压力室（208）和该涡轮机（210）处于流体联通；

其中，该管（209）在压力下运送水以用于驱动该涡轮机（210）。

12.一种用于自由浮动式波浪能转换器的浮力变化装置，该浮力变化装置附接在一个挠性管（204）的外部，在一个入口端（205）与一个出口端（215）之间延伸，这些浮力变化装置包括：

一个可充气/可放气的管（1300）；

其中压力控制装置（808）用于供应在该管（1300）中所要求量的压力；

其中该可充气/可放气的管（1300）是围绕该“挠性管”（204）盘绕的；

其中当该管（1300）充气时，该挠性管（204）的浮力因此增加，以便防止该挠性管（204）下陷或下沉；

其中气动压力是由一个压力源供应的；

其中该可充气/可放气的管（1300）是根据这些操作条件而按需要充气/放气的。

13.根据权利要求12所述的浮力变化装置，包括一个可充气/可放气的管（1300），其中气动压力是由该“压力室”（208）供应的。

14.根据权利要求12所述的实施例，包括一个可充气的管（1300），其中该管是沿该挠性管（204）的长度在外部并且横向地附接在该挠性管的任一侧上，以用于在充气时增加该挠性管（204）的浮力。

15.根据权利要求12所述的另一个实施例，包括：

一个可充气/可放气的管（1302），该管设置在挠性管（204）上方；

以及具有某一长度的若干系链（1308）；

其中该挠性管（204）是通过这些约束系链（1308）而悬挂在下方；

其中该可充气/可放气的管（1302）是通过控制装置（808）而被充气/放气的，以用于限制该挠性管可以下沉的深度。

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