专利名称：用于回收海浪能量的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在广阔水域回收海浪能量的设备，比如在海上。
背景技术：
当前，能量消耗主要基于诸如石油、天然气、煤炭和核能等不可再生能源。 鉴于这些能源储备在耗尽和/或其使用中所造成的污染，特别是在通过转向可 再生能源来使能源多样化。
在这种背景下， 一种解决方案包括使用海洋——更准确地说是海流、海浪 或潮汐——能量。
就此而论，海浪能量无非就是太阳能的一种特殊形式。太阳不均等地加热 不同的大气层，这形成气流(风)，气流则通过摩擦作用产生使海面生气勃勃 (海流、海浪)的运动。
由风在在海面或洋面上产生的海浪在输送能量。当到达漂浮障碍物或沿岸 障碍物时，它们会失去一部分的能量，而这部分能量能够被转化成电流。在维
度40°至60°之间风力最强的地区，海浪的功率最大。
结果，海浪的能量具有非常高的能势。就此而论，由海浪输送的平均功率 以千瓦/延米为单位计量。它与海浪周期(两个连续波峰到达的间隔期间)以 及海浪高度(波峰和波谷之间的距离)的平方成正比。例如，乌埃尚岛海岸的 能势为63Kw/m，在大西洋海岸的平均能势为50 Kw/m，而地中海的能势为8 Kw/m。
海浪的能量也可以用在一年间到达电站每一延米的能量来表征。例如，在 法国大西洋海岸，该能势为420MWh/m。在1000公里以上的大西洋海岸，海浪 一年输送的能量为420TWh，这等于法国每年消耗的总电量。
然而，这整个资源并不能完全得到利用，尤其因为在技术上的限制以及自然条件或法律规定的限制，减少了所能使用的范围。
已提出了许多种设备，这些设备可以分成两个大类沿岸设备和远海设备。 第一类设备利用碎浪，而第二类设备利用海浪通过时海平面的变化。第一
类设备易于建造和维护，但其输出显然不如使用更有力和更频繁的海浪的远海
设备那么好。
因而，EP 1 295 031披露了一种基于浮标运动的设备，该设备包括围绕
着内浮子的圆型外浮子、并且还具有一个浸没本体，这两个浮子借助特别 由液压缸构成的联接装置彼此相连，从而能够回收两浮子之间运动的能量。 已知还有一种充满空气的移动汽缸(浮子)，该浮子在固定至海床的汽缸 之上滑动。没有海浪时，该浮子是平衡的。当波峰越过浮子时，过压向下推动 浮子。波谷时，低压使浮子向上回程。浮子关于固定缸的来来回回形成线性发 电机，它产生电流。然而，该设备的缺点在于，必须部分地固定至海床。
发明内容
因此，本发明的目的是给出一种用于回收波浪能量的设备，其更为简单的 结构利于其使用和实施。
因此，本发明给出一种用于回收海浪能量的设备，包括意在浮于水面的至 少一个浮动结构，其特征在于，所述浮动结构承载至少一个悬浮在水面之上的 构件，其结构被设计成在波浪上升和下降运动的作用下通过水面高度相对于所
述构件的变化产生可回收性能量。
非常有利地，根据本发明的设备能够通过所述部件的结构与水面的配合而
回收高达海浪高度和/或涌流(vague)速度的两倍或更多的能量。
较为有利地，根据一个实施例的形式，浮动结构更佳地包括至少两个诸
如基本彼此平行延伸的横梁之类的浮动部件， 一个在前而另一个在后、且在它 们之间有至少一个基本向上伸出的支柱，该支柱在所述浮动构件之间形成桥 梁，所述至少一个悬浮构件以基本垂直于所述浮动部件并基本与后者等距延伸 的方式固定在所述支柱上。
更佳地，该浮动结构由在前的、在后的浮动部件的长度界定的长度小于由
6在前的、在后的浮动构件之间的间隔，所述在前的及在后的浮动部件设置在水 面上平行于波浪处于最佳工作位置，连接浮动部件的轴线则基本垂直于波浪。 更有利地，可使用任何合适手段调整在前的、在后的浮动部件之间的间隔。 这样，可以对在前的及在后的浮动部件之间的间隔进行调整，使之对应于海浪 波长，照此，海浪陷入两个浮动部件之间。当然，浮动部件之间的间隔可以是 固定的。
较佳地，浮动结构还包括合适的装置以便允许将所述结构定位在水面上的
最佳位置，s卩，使在前的及在后的浮动部件平行于波浪。
照此，这些装置可以包括由浮动结构支承的至少一个龙骨，更佳地设置成 将龙骨连接于每个浮动部件。
这类装置也可以包括由浮动结构支承的至少一个风阻部件，使浮动部件以 迎风的方式取向，从而与波浪平行。
根据本发明的另一实施例，浮动结构包括至少四个诸如连接于所述构件的 浮动横梁的浮动部件。
同样，根据另一可替换实施例，浮动结构包括至少四个诸如支承在支柱端 部处的浮动部件的浮动部件，所述浮动部件通过所述支柱连接于所述构件，两 个浮动部件在前而另外两个在后。
照此，两个浮动部件由支柱支承在前，而两个在后，在前的浮动部件的排 列和在后的浮动部件的排列相对于彼此是平行的，且处于设备的最佳工作位置 时，平行于波浪。
较佳地，所述浮动结构在前的浮动部件中的至少一个相对于所述浮动构件 的垂直轴线取向，从而使这一个在前的浮动部件不能平行于另一在前的浮动部 件延伸，连接两个浮动部件的轴线总是基本平行于波浪。
例如，浮动部件呈长条形状，比如是横梁时，尤其如此。
更佳地，根据本发明的设备的浮动结构被设计成能够系于浮标、锚；但也 可在前部由船舶拖动、推动或自推动或者采取其它方式，以利于其朝向波浪定 位，使在前的及在后的浮动部件或其排列平行于波浪。
根据本发明的第一实施例，由所述浮动结构支承的所述悬挂构件包括意图在水面上浮动的浮动部件，该浮动部件由诸如铁链、吊索、缆绳中的至少一种 的柔性连接构件连接于被设计成在至少通过波浪的运动影响下引起的浮动部 件的下降运动作用于柔性连接构件的牵引作用的影响下，或者以电能形式或者 以压缩流体形式产生能量的装置。
更佳地，以电流形式产生能量的装置是一种发电机，发电机中进行旋转以 产生电能的驱动是在由浮动部件施加于例如巻绕在发电机上的柔性连接件的 牵引效果下介入的。它进一步地能够从波浪的运动直接产生电能。
至少是在施加于柔性连接件的牵引的过程中，可通过以压縮流体形式产生 的能量回收波浪的能量，所述压縮流体可由传统装置产生电能的方式泄放、或 者以气压、液压能的形式利用压縮流体。
根据第二实施例，所述构件至少部分地界定一密封壳，该密封壳的容积根 据水面高度，即波浪的高度而变化，封入所述容积的流体压縮产生可回收性能
更佳地，由浮动结构承载的构件是具有开放的下端和封闭的上端的密封 壳，所述密封壳以其封闭端侧固定于浮动结构，使其开放端浸没于水中，水进 入由所述封闭的气缸界定的容积，从而在海浪的作用下使如此界定的密封壳中 的水的高度可变，使所述密封壳的容积变化，特别是造成封入其中的空气压縮， 于是可以被回收以产生能量。
根据这种形式的实施例的一种替换形式，可提供配合在所述密封壳中的浮 子，以调整所述密封壳中的水面上升和空气增压。另外， 一旦水面下降比浮子 下降更快，该浮子也使回收因所述浮子高度下降而产生的能量成为可能。
所述密封壳中的压縮空气可直接以气压能的形式使用或用来产生电能。该 回收的压縮空气当然随后由合适的传统装置回收和使用。
根据本发明的这种装置能较佳地用于海上，特别是实现对诸如养鱼场的场 所或需要电能、液压能和/或气压能的任何其它海上或陆上宽阔水域(例如湖 泊、江河、溪流、池塘)供电。
此外，甚佳地，浮动结构包括更佳为固定取向的至少一个风力涡轮机。在 浮动结构水平上的风能也可被回收并将其转化成能量，尤其是转化成电能。
现在参照附图更详细地描述本发明，其中
图la示出根据本发明的装置的实施例的第一示例的横断截面，其中波浪
在浮动结构的浮动构件之间处于高位；
图lb示出当波浪在浮动结构的浮动构件之间处于低位的图la的图lc示出图la中的设备的俯视图ld示出图la中的设备的可替换例的横截面；
图2示出图la的设备的第二可替换实施例的横截面；
图3示出图la中的设备的第三可替换实施例的横截面；
图4示出图la中的设备的第四可替换实施例的横截面；
图5示出图la中的设备的第五可替换实施例的横断截面；
图6a和6b分别示出根据本发明的设备的实施例的第二示例的横截面图和
俯视图7a和7b分别示出图6a和6b中的设备的可替换例的横截面图和俯视图； 图8a示出根据本发明的设备的实施例的第三示例的横断截面图，其中波
浪在设备的浮动结构的浮动构件之间处于高位；
图8b示出当波浪在设备的浮动结构的浮动构件之间处于低位的图8a中的
设备的横截面；
图8c示出图8a中的设备的俯视图； 图8d示出图8c中的线A-A的水平的横截面；以及 图9示出图8a至8d所示的设备的替换性实施例。
具体实施例方式
根据图la、 lb和lc所示本发明的设备示出一种浮动结构，该浮动结构包 括诸如横梁之类的两个浮动部件1、 l'，该两部件彼此基本平行地延伸且平行 于波浪，在两者之间有构成所述部件l、 l'之间桥梁的支柱3延伸。
诸如悬挂在每个支柱3上的固定密封壳之类的构件2在海平面上基本垂直于所述横梁l、 1，、并基本与后者等距地延伸。该一端2a封闭的圆柱截面的密 封壳在所述封闭端2a的高度上固定于柱3而其开放端浸没于水中。该构件2 由此界定一密封壳，其容积A根据波浪——即根据进入所述密封壳2的水平 面——而变化。
在这样一种能最好地回收波浪能量的方式中，设备的最佳定位是浮动部件 1、 l'平行于波浪地设置，沿图la和lb中箭头H所示波浪方向，其中一个部
件i在前而另一个r在后。
更佳地，浮动部件i、 r之间的间距对应于波浪的一个波长，波浪照如此
陷入两浮动部件l、 r之伺，这可以从图la中看出。
在图ia中，浮动部件i、 r由此处于波谷而位于所述浮动部件i、 r之间
的构件2近乎位于波峰水平，使位于密封壳内的水平面处于最高位，这使容积 A'减小并由此使封入所述容积的诸如空气的流体压縮。这种空气的压縮产生可 回收性能量。具体地说，经压縮的空气通过设置在密封壳2的端部2a上的止 回阀6退出如此形成的所述压縮腔A'，所述止回阀6仅在如此形成的所述压縮 腔A'中达到一定的压力后才允许空气流过。
然后，当构件2位于波谷时，密封壳中的水平面回降，密封壳则回到正常 的容积A。照此，获得波浪高度两倍的理论行程(参见图lb)。
为了提高浮动结构的稳定性，可考虑使梁l、 r包封住一定量的水。 可以设置任何用于保持密封壳2的附加装置，例如吊索或刚性臂4。 在图ld中示出根据图la的设备且其进一步包括第二构件5，该第二构件 5界定容积可在波浪作用下变化的密封壳。该构件以具有锥形壁的密封壳的形 式出现，所述锥形壁形成漏斗结构并且自横梁1始垂直于横梁1在水面上延伸。 也提供止回阀6，以回收经压縮的空气。如此则进一步提高能量的回收。例如， 该构件5可安装在两密封壳2之间。
图2示出图la中的设备的可替换实施例，其中构件2在由其界定的密封 壳中进一步设有浮子7。该浮子7能够调整密封壳中水的上升。
在图3中，构件2在其上端部进一步包括孔，设置成从浮子7突出的杆 7b可配合于其中。
在图4中，构件2还具有管状突起2c,设置成从浮子7突出的杆7b可容纳于其中。因而界定了第一密封壳A和第二密封壳B，如此界定的腔室A可处 于大气压下而腔室B可处于附加压力下。
图5示出浮动结构的一个可替换实施例，其中管状柱或其它结构30在构 件2的任一侧在横梁1之间延伸以将其保持在位。
至少一个止回阀6被设置在(图2、 3、 4、 5)每个构件2上，从而当形 成于每个密封壳2中的压力腔中到达某一压力后允许空气流过。
浮动结构也可以以组织在界定密封壳的构件周围的方式来实现，故而该浮 动结构包括悬挂构件。因此，例如如图6a和6b所示，四根横梁IO、 10'垂直 于所述缸2延伸，从而形成十字形浮动结构。横梁IO、 10'之间的间距可通过 所有合适的方式进行调整。
或者，如图7a和7b所示，支柱8自密封壳2延伸并在其端部设有浮动部 件9、 9，。
同样地，使设备处于最佳工作状态的定位方式包括对于波浪方向而言使两 根横梁10在前、两根梁10'在后，或两个浮动部件9在前、两个浮动部件9' 在后。
照此， 一个相对于另一个基本排列在前面的两个浮动部件9以及一个相对 于另一个基本排列在后面的两个浮动部件9'，在最佳工作位置时各自基本平行 于波浪，该设备包括合适的装置，以便实现如上所述的最佳的定位。然而，在 前的浮动部件9中的一个其相对于所述浮动部件9的垂直轴线的定位，使所述 在前的浮动部件9不能与其他在后的浮动部件9'平行地延伸它们的排列更多 地保持与波浪平行。
此外，在前的浮动部件9和在后的浮动部件9'之间的间距可以是可调的或 固定的。
更佳地，浮动结构由在前的或在后的浮动部件之间的间距所界定的长度可 以比在前的部件9、在后的浮动部件9'之间界定的间隔更大。
在图8a至8d所示实施例中，在形成浮动部件1、 l'的横梁之间延伸的支 柱ll基本竖立至垂直，形成倒V字形。
由浮动结构支承的构件包括其自由端固定于浮动结构的柱塞12，在本例 中其自由端固定于形成浮动结构的桥梁的支柱的尖端部。构成柱塞的另一端配合在气缸13中，所述气缸13的另一端连接于诸如浮动配重的构件14，该浮动
配重适于在水面上浮动。设置该浮动配重14以几乎持久施加指向水面的牵引
力。更佳地，它处于更靠近浮动结构的在前的浮动部件1的位置。
同样，在浮动结构上可以设置在风暴期间能够抬起浮子14使其高于水面 的装置。事实上，不管是从抵抗波浪的角度还是从抵抗气流的角度看，较佳的 是如果风暴发生即停止根据本发明的设备。
因而，当位置处于波峰时，气缸13环绕柱塞12的杆延伸(参见图8a)。 当进入波谷时(参见图8b)，由重得足以依旧浮在水面或空气上的浮子14驱 动的气缸13沿柱塞12滑动，这种滑动例如通过一个气缸在其上施加牵引的铁 链的介入实现对发电机的驱动。柱塞和气缸较为有利地用来引导缆绳，以限制 浮动配重14的摆动。
相反地，由浮动结构支承的构件包括一端固定于形成浮动结构的桥梁的支 柱的顶点而另一端配合在柱塞上的气缸，所述柱塞的自由端连接于诸如浮动配 重的构件，所述配重适于在水面上漂浮，在所述柱塞在波浪的作用下沿气缸滑 动的过程中驱动例如产生电能的构件。
为使浮动结构稳定，在横梁1之间设置间隔件15、在支柱11的顶部之间 设置间隔件16或设置其它合适的装置。
在本实施例中，浮动结构可包括两个船形件，而不是由倒V字形桥梁结 构相连的浮动横梁，杆和气缸连接于形成浮子的第三船形件。
构成根据本发明的设备的部件由任何适合的材料制作，尤其是复合材料、 钢材、铝材等。
在图9所示的替换例中，浮动结构包括形成一漏斗结构的构件25、 25'， 该漏斗结构被设置成将波浪导入使用板27从底下封闭的通道之中，所述板27 从在前的浮动部件1朝向浮动结构的两浮动部件1、 l'之间的空间延伸。形成 漏斗结构的这个构件更佳地包括从浮动部件1关于板27垂直地朝向悬挂构 件——在本例中即浮子14——延伸的侧壁25，以便形成一路收縮直至浮子14、 然后朝向在后的浮动部件l'重新变大25'的通道，由此增加波浪在浮动配重14 或密封壳2上的高度。该构件25、 25'是进一步可调的。
更佳地，该浮动结构被设计成能够从前方系牢、推进或自推进，便于其面向波浪定位以使浮动部件l、 1、 9、 9'总是处于最大限度地平行于波浪的位置。 当然本发明不局限于上述示例，而是涵盖所有权利要求书提到的所有形式 的实施例。
权利要求
1.一种用于回收海浪能量的设备，包括至少一个意在浮于水面之上的浮动结构，其特征在于，所述浮动结构支承悬挂在水面上的至少一个构件(2、14)，其结构被设计成在波浪上升和下降运动的作用下通过水面高度相对于所述构件的变化产生可回收性能量。
2. 如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述浮动结构更佳地包括 至少两个浮动部件(1、 r)，例如基本彼此平行延伸的横梁， 一个在前(1)而另一个在后(r)、且在两者之间有至少一个基本向上突起、在所述浮动部 件(i、 r)之间形成桥梁的支柱(3、 30、 11)，所述至少一个构件(2)固 定在所述支柱上，从而基本垂直于所述浮动部件(i、 r)且较佳地基本与后 者等距地延伸。
3. 如权利要求i所述的设备，其特征在于，所述浮动结构包括至少四个连接于所述构件(2)的诸如浮动横梁(10、 10')的浮动部件。
4. 如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述浮动结构包括至少四 个支承在所述支柱(8)的端部处的诸如浮动部件(9、 9')的浮动部件，所述 浮动部件(9、 9')通过所述支柱(8)连接于所述构件(2)，是两个在前浮 动部件(9)和两个在后浮动部件(9')。
5. 如权利要求4所述的设备，其特征在于，至少一个在前的浮动部件(9) 可相对所述浮动部件(9)的垂直轴线取向，以使所述在前的浮动部件(9)不 能平行于另一个在前的浮动部件(9)延伸。
6. 如权利要求2 — 5中任一项所述的设备，其特征在于，所述在前的浮动 部件(1、 9)和在后的浮动部件(r、 9')之间的间隔是可调的，更佳地是在 平均波浪的一个波长以上。
7. 如权利要求2 — 5中任一项所述的设备，其特征在于，所述在前的和在 后的浮动部件(1、 l'、 9、 9')之间的间隔是固定的。
8. 如权利要求2 — 7中任一项所述的设备，其特征在于，所述浮动结构还 包括允许将所述结构定位在水面上以使在前的和在后的浮动部件(1、 l'、 9、 9')平行于波浪的适当装置。
9. 如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述适当装置包括由浮动结 构支承的至少一个龙骨，更佳地为设置成连接于每个浮动部件(1、 l'、 9、 9') 的龙骨。
10. 如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述适当装置包括由浮动结 构支承的至少一个风阻部件，当所述浮动结构位于水面上时迎风取向，从而使 在前的浮动部件U、 9)和在后的浮动部件(r、 9')平行于波浪。
11. 如权利要求1一10中任一项所述的设备，其特征在于，由所述浮动结 构支承的构件包括意在浮于水面之上的浮动部件(14)，所述浮动部件(14) 由诸如铁链、吊索、缆绳中的至少一种柔性连接件连接于被设计成至少在至少 通过波浪的运动作用引起的浮动部件的下降运动作用于所述柔性连接件的牵 引作用的影响下产生能量的装置。
12. 如权利要求11所述的设备，其特征在于，由所述浮动结构支承的构 件包括柱塞(12)，其自由端优选固定于浮动结构、而构成柱塞(12)的另一 端配合在气缸(13)中，所述气缸(13)的另一端连接于适于在水面上浮动的 构件(14)，所述气缸在波浪作用下沿活塞滑动的过程中驱动一以诸如电能形 式、压縮流体形式产生能量的构件。
13. 如权利要求11一12中任一项所述的设备，其特征在于，所述产生电 流的装置是发电机，所述发电机产生电能的旋转驱动至少在由浮动部件施加于 诸如巻绕在发电机上的柔性连接件的牵引作用下介入。
14. 如权利要求1一10中任一项所述的设备，其特征在于，所述构件至少 部分地界定一密封壳，其容积可根据水面高度，即波浪的高度而变化，封入所 述容积的流体压縮产生可回收性能量。
15. 如权利要求14所述的设备，其特征在于，由所述浮动结构支承的构 件是具有开放的下端和封闭的上端(2a)的密封壳(2)，所述密封壳(2)以 其封闭端(2a)侧固定于所述浮动结构，其开放端浸没于水中，水进入由所述 封闭的密封壳界定的容积，从而在海浪的作用下使如此界定的密封壳中的水的 高度可变，使所述密封壳的容积变化，特别地造成封入其中的空气产生压縮， 空气随后可被回收以产生能量。
16. 如权利要求15所述的设备，其特征在于，浮子(7)配合在所述密封壳内，以便能够调整所述密封壳内水位的上升和空气的增压。
17. 如权利要求1一16中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备进一 步包括具有锥形壁的密封壳形式的构件(5)，所述锥形壁形成漏斗结构并优选从浮动部件(r)开始垂直于后者在水面上延伸，能够直接通过波浪的高度 和速度或使用止回阔(6')通过活塞的介入而回收压縮的空气。
18. 如权利要求1一17中任一项所述的设备，其特征在于，所述浮动结构 包括形成漏斗结构的构件(25、 25')，所述形成漏斗结构的构件被设置成将 波浪导入使用板(27)从底下封闭的通道中，所述板(27)从在前的浮动部件(1)朝向所述浮动结构的两个浮动部件(1、 l')之间的空间延伸，所述形成 漏斗结构的构件包括从浮动部件(1)相对于板(27)垂直地朝向悬浮构件(14) 延伸、以界定一路收縮直至所述构件(14)、随后朝向在后的浮动部件(r) 重新增大(25，)的通道的侧壁(25)，所述构件(25、 25')是进一步可调的。
19. 如权利要求1一18中任一项所述的设备，其特征在于，所述浮动结构 被设计成能够从前方系牢、拖动、推进或自推进，以便于其朝向波浪定位，以 使在前的和在后的浮动部件平行于波浪。
20. 如权利要求1一19中任一项所述的设备，其特征在于，所述浮动结构 还包括至少一个风力涡轮机，优选固定取向以产生电能。
全文摘要
一种用于回收海浪能量的设备，包括意图在水面上浮动的至少一个浮动结构。所述浮动结构支承悬浮在水面上的至少一个构件(2)，其结构被设计成在波浪上升和下降运动的作用下通过水面高度相对于所述构件的变化产生可回收能量。应用于回收海浪能量。
文档编号F03B13/20GK101617119SQ200680056555
公开日2009年12月30日 申请日期2006年12月6日 优先权日2006年12月6日
发明者何塞-安东尼奥·鲁伊斯-迭斯, 迭哥·鲁伊斯 申请人:何塞-安东尼奥·鲁伊斯-迭斯;迭哥·鲁伊斯