专利名称:提取波浪能量的浮体式设备及其提取方法
本发明涉及从一水体中的波浪运动提取能量的装置。更具体地说，本发明涉及利用一浮体、一活塞-唧筒泵和一锚块以从波浪运动提取能量。
各种试图从水体中的波浪运动和从风中提取能量的装置已在相当长的时间内为人们所共知。例如，授予希克斯等人的美国专利第4，421，461号公开一水波动力活塞泵。该活塞泵被安装于一摇篮上。该摇篮是由上平板和下平板两个平板组成的。上平板的上边部通过一保护性环(sacrificial link)固定在浮体的上边部，而上平板的下边部通过一轭架固定到伸展出唧筒的底的泵活塞杆。该摇篮的下平板的上边部附装在泵唧筒，而下平板的下边部通过一柔韧采绳附装到锚块上。一多重环形地间隔的弹力弹簧在唧筒之外环绕泵唧筒。该弹簧连接在摇篮的上平板和下平板之间。一聚合物球支撑在活塞的上部表面并通过一压缩弹簧偏置锁板将该球保留在其中。当该浮体上升时，泵唧筒内的压缩弹簧被压缩，而该压缩弹簧压缩着弹簧偏置锁板和活塞之间的聚合物球。该聚合物球由于被压缩而径向膨胀并密封唧筒以阻止通过活塞的漏泄。同样，当该泵上升时，唧筒外多重环形地间隔的弹力弹簧被拉紧并被用作外部回复弹簧，当该浮体在一波谷上而下降时，在该泵活塞的下行冲程或回填冲程中推动该泵活塞。
授予奥诺的美国专利第4，398，095号公开一浮体式的波浪激励的电力发电系统。一活塞-唧筒式泵被锚定在一水体的底部，而其浮体则连接到该活塞上。当该浮体在一波峰上而上升时，该活塞被提升并把水从泵中排放到一高位蓄水池中。奥诺利用水体的表面上的空气和水体中该活塞唧筒泵间流体压力差值，当该浮体因一下沉的波浪而下降时，向下推动唧筒中的活塞。由于流体压力的这样应用而不是应用浮体和锚块之间的回弹拉力，所以奥诺的装置是从水体的底部坚固地支撑起来，以便承受向下的流体压力。因此水体的底部必须是可以达到的，这样如果不是限制可使用奥诺系统的水的深度，那么就需要附加的、昂贵的设备以放置和维修该系统。
授予梅尔里的美国专利第4，104，006号公开一风力能量转换装置。该装置包括通过钢绳连接到活塞-唧筒式泵的活塞上的一对折翼。一拉力弹簧被连接在活塞与在其上安装以活塞泵的平台间。当风力提升该折翼时，该钢绳向上拉动活塞并拉紧该弹簧。当风力降低时，该弹簧向下拉回活塞。梅尔里装置没有用到或需要一浮体，而是牢固地安装于平台或地面上。
先有技术的提取波浪能量的装置的缺点在于它们相对来说在制造和维修方面是复杂且昂贵的。由于发展提取波浪能量的设备的主要目的是降低提取能量的成本，包括在制造和维修该提取波浪能量的设备的成本对于该设备的实用性来说是一个很重要的因素。因此，在本技术领域：
内需要一种在制造和维修方面是极廉价的提取波浪能量的装置。
本发明的一个目的在于提供一种在制造和维修方面极为便宜的提取波浪能量的设备，甚至达到消耗性的程度，即当装置变成不起作用而把它简单地加以置换来说仍然是廉价的。本发明通过连接机械拉紧装置如一拉力弹簧或重锤和系绳于活塞和活塞-唧筒泵的唧筒之间，而该泵则可往复运动地、可挠曲地连接在一浮体和一水体中的锚块之间。这种早先未知的组合创造出早先实现不了的简单和经济的提取波浪能量的设备，而这种设备可应用于任意实际的水体深度中。
本发明的另一个目的也提供一种提取波浪能量的设备，在该设备中由波浪产生的一部分提升浮体的能量被传输到一临时能量存贮装置如弹簧或运动的重锤，使得赋予浮体的原能量的部分当该浮体回复到它的较低位置时被给回到系统之中。
因此，本发明的提取波浪能量的设备包括一往复式的泵可挠曲地连接在一浮体和一锚块之间。该泵包括具有一顶端部和一底端部的唧筒和在该唧筒中可往复运动的活塞。该活塞有一连接到该活塞并伸展出该唧筒的底部的活塞杆。该锚块是可挠曲地连接到该活塞杆的外端部，并相对于唧筒而锚定该活塞杆。该浮体连接到该唧筒，并在响应一上升的波浪运动使唧筒相对于活塞作上行冲程运动。一机械拉紧装置用机械方法连接在该唧筒和活塞间以便维持该活塞和唧筒间的回弹拉力。该机械拉紧装置的一种形式为一用机械方法连接在该唧筒和活塞间的拉力弹簧。该机械拉紧装置的另一种形式为一重锤和系绳。该系绳从一与活塞牢固的连接通过一与唧筒可滑动的连接延伸到一与重锤牢固的连接。系绳对于唧筒的可滑动的连接可为一简单滑轮。唧筒连接以一入口止回阀和一出口止回阀。当浮体响应一上升的波浪运动而上升时，作上行冲程运动的唧筒通过出口止回阀排出水。当浮体响应一下降的波浪运动而下降时，该机械拉紧装置使唧筒相对于活塞作下行冲程运动，并通过入口止回阀抽汲水入唧筒中。可将一导管连接到出口止回阀并延伸到一被抽汲的水可对如发电等应用是有用的地方。
在本发明的另一个实施例中，该活塞杆密封地伸展出该唧筒的顶端部。该浮体连接到活塞杆的外端部，而该锚块则可挠曲地连接到该唧筒。如前所述该机械拉紧装置用机械方法连接到该唧筒和活塞之间。在一个形式中，该机械拉紧装置为一用机械方法连接在该唧筒和活塞间的拉力弹簧;而在另一形式中，该机械拉紧装置为一重锤和系绳。该系绳从一与唧筒牢固的连接通过一与活塞可滑动的连接延伸到一与重锤牢固的连接。在此实施例中，当浮体响应一上升的波浪运动而上升时，浮体使活塞相对于唧筒作上行冲程运动，并通过出口止回阀排出水。当浮体响应一下降的波浪运动而下降时，该机械拉紧装置使活塞相对于唧筒作下行冲程运动，因而通过入口止回阀抽汲水唧筒中。
本发明的一个优点在于提供一简单的、极廉价的提取波浪能量的设备，该设备依次可包括连接到一活塞或唧筒的一浮体、一单一拉力弹簧或一单一重锤和连接在该活塞和唧筒之间的系绳，及一可挠曲地连接到不与浮体连接的活塞或唧筒之一的锚块。该设备在概念上、操作上和维修上是极其简单的、可由泡沫聚苯乙烯和聚合物以极廉宜的成本制造，因而是消耗性的。如需对设备进行维修时，维修工作是非常简便且是直截了当的，因为该装置本身是极其简单的。
本发明的另一个优点在于对于如潮汐的变化所造成的水体的深度的差异提供自动调节。
参照下列附图的实例使人们对本发明有更好的认识图1为本发明的提取波浪能量的设备的示意图，其中浮体连接到唧筒而锚块连接到活塞;
图2为本发明的一个实施例的部分示意图，其中浮体可连接到活塞而该锚块则可连接到该唧筒;
图3为本发明的提取波浪能量的设备的一个实施例的示意图，其中该泵包含在浮体中;
图4为图3的另一个可供选择的实施例，其中用一重锤和系绳替代该弹簧;
图5为该提取波浪能量的设备的一个实施例的示意图，其中该泵是设置在水体的底部的一水平位置上，并用两个浮体操作该泵;
图6为用以抽汲地下水井的提取波浪能量的设备的一个实施例;
图7为用以操纵安装于该提取波浪能量的设备的灯标的提取波浪能量的设备的一个实施例的示意图;
图8为图1的复制图，该图重新对各部分进行标号以作详细说明的目的之用;
图9为图2的部分示意图的全貌图，该图重新对各部分进行标号以作详细说明的目的之用;
图10为保护提取波浪能量的设备避免过额波浪运动的至少一个实施例的应用和装置;
图11为图8的另一个可供选择的利用一重锤和系绳作为机械拉紧装置的实施例;
图12为图9的另一个可供选择的利用一重锤和系绳作为机械拉紧装置的实施例。
现参照附图，特别参照图1，说明了本发明的一个实施例的示意图。整个系统由总标号10表示。它包含一由总标号12表示的浮在海洋16的水表面或波浪表面14的浮体系统。一柔韧的拉紧装置或系绳18将浮体连结在一包含一唧筒22和一活塞30的泵系统20。一能量存贮装置如一机械弹簧34被放置于该唧筒22和该活塞30之间。顺服性部件或顺服装置34在点33上连结到该唧筒而在点31上连结到该活塞。当然，如果需要时，可将之设置在唧筒之外部。例如，该顺服装置可连接于唧筒22的外部与活塞杆32之间。传统的密封垫24可用于使活塞杆32通过。传统的止回阀26和28当然也是必需的。
顺服装置或顺服性部件或弹簧34为一能量存贮装置。这装置从浮体(当该浮体上升时，拉紧该弹簧)接受能量，而当浮体下降时，又将能量放出。
该顺服装置的目的有若干个1 当潮汐提升整个水表面时，它容许延伸系绳的长度，以容许浮体漂在波浪的顶部;
2 它保持系绳在拉紧状态，以使它在活塞上的作用象一刚性的“推杆”。当浮体下降时，由于柔韧的系绳不能推动活塞使之在唧筒中向上移动，该弹簧将活塞拉入唧筒中(并抽汲水进入唧筒内);
3 它使柔韧系绳系统象刚性系绳系统工作，但较刚性系统更为简单且便宜并可就任意水深迅速加以调整。
其它能量存贮的方法将联系图4加以说明。这能量存贮装置包括一柔韧纲绳92装附在活塞顶部的点31上。钢绳92穿过一附装在该浮体的一支座90上的滑轮91，并向下通过一通道(或管)94连结到选择了重量的重锤93。钢绳92中的拉力起着与弹簧34中的拉力相同目的的作用，即该弹簧34及该重锤和钢绳保持在活塞30和唧筒22间的回弹拉力，除了该钢绳提供一恒定力而不是一可变力之外是与弹簧34相同的。同样，钢绳92中的拉力可通过改变重锤93而加以改变。
图2为图1的系统的复制图，除了该浮体现在是通过拉紧装置18连结到活塞杆和唧筒22A通过拉紧装置18A连结到锚定装置外，是与图1相同的。各部件使用对应的图1的标号。更具体地说，图2的实例提供一利用从水体中波浪运动的能量以抽汲水的设备，该设备包括一底端部密闭的唧筒22A而其顶端部具有一开孔24A;一在所述唧筒22A中可往复运动的活塞30A;在所述唧筒中的一入口和一出口;及一入口止回阀26A与所述入口连通和一出口止回阀28A与所述出口连通。一管线(未示于图中)可连接于所述出口止回阀并延伸到一需要使用所抽汲的水的区域。图2中的设备也包括一活塞杆32A附加在所述活塞30A并密封地伸展出所述唧筒22A中的顶部的所述开口24A;一锚定装置(未示于图中)附加在所述唧筒上;一浮体装置(未示于图中)附加在所述唧筒的外部的所述活塞杆32A上，从而使所述活塞30A在响应波浪运动时相对于所述唧筒22A作往复运动;及一在所述唧筒内并伸展在所述唧筒的内底部和所述活塞间的拉力弹簧34A，所述弹簧在所有的时间内保持所述浮体受向下拉力的作用。在图2的设备中，所述浮体装置是通过一钢绳或系绳18连接到所述活塞杆32A。同样，在图2的设备中，所述的锚定装置是通过一钢绳或系绳18A连接到所述唧筒22A。
图3示出图1的另一种变化。这种变化是将所述唧筒22B和顺服装置34B放置在浮体12B之中。这个系统由总标号40表示。该浮体的垂直延伸体19对封闭该顺服装置或弹簧34B极为有用。该弹簧被附装在延伸体的顶端部的点33B上和在该活塞的点31B上。该活塞30B具一活塞杆32B伸展通过密封套24B到连结该活塞到海底38的该锚块36的拉力部件18B。
如图1、2和3所示将清楚看到，象在本技术领域：
中公知的，该唧筒必须在入口和出口处被提供以传统的止回阀。该唧筒也可如图1和3中所示附装在浮体上或如图2所示附装在锚块上。
在图3中，标记成23的活塞之上的空间显示为一封闭容积。如将这空间填充以空气，在对抗弹簧的力上，它起着如一顺服装置的作用。这种问题可用若干方法加以克服。例如，可通过在该唧筒壁的顶部采取打开一个开孔25的方法而扩大该容积23到包括浮体中的所有容积。处理该问题的另一个方法将是通过采用例如阀21把该唧筒的顶部通向大气。
存贮能量的方法如众所周知也有若干种。最简单的方法之一是将能量作为在一被压缩的顺服装置如一压缩气体或被压缩的(或伸展的)弹簧中的位能而存贮起来。另一种是将能量作为提升到地面之上的物质的位能而存贮起来。图1、2和3说明以压缩(或伸展)的弹簧的形式存贮能量的方法。其它方法则在图4中说明。
现参照图4，一浮体12C，唧筒22C，活塞30C以及系绳18G和锚块36均与图3中的那些部分相同。然而，弹簧34被附装到活塞的31处柔韧的拉紧装置或钢绳92所替代，该柔韧的拉紧装置或钢绳92向上通过支承在该浮体12C的支柱90上的滑轮91之上。而后钢绳92向下通过一个开孔通道(可能为一条封装在浮体中的管孔)而到一重锤93。当该浮体上升时，该活塞停留在它的高度上，而重锤以两倍于浮体的升率上升，及流体从唧筒的底端部被排出。当波浪下降时，浮体下降，而活塞被钢绳92所支持，其效果则使活塞在唧筒内向上运动并抽汲流体进入唧筒中。
另一个示于图5中的实施例是用包含着一唧筒和一活塞的泵作为提取能量的装置。这里有两个分系统。第一分系统包含一浮体60和连结到该浮体的拉紧部件18D。第二分系统提供一浮体60A和连接到该浮体的拉紧部件18F。这两浮体系统大略地相等。该两浮体相隔一水平距离D，大约等于沿一垂直于波前的方向上测量的表面波的波长的一半。因此，该两浮体将在相位相差180度的情况下上和下运动而工作的。
从第一分系统的拉紧部件18D和从第二分系统的拉紧部件18F分别到达独立滑轮64和64A，该两滑轮是在该两浮体所通过的垂直平内并锚定到海底。一唧筒62被锚定在连接该两滑轮64和64A的直线上，使得从活塞70的两端部伸展出去的活塞杆72和72A将与滑轮间的拉紧部件共轴线。当然，将须使用传统的阀门。虽然未于图中示出，但会在唧筒的每一端部提供以密封套，使得活塞杆可滑动地密封在该唧筒的内部容积中。
图6表示另一个实施例，其中一泵是通过具有改进的能量存贮顺服装置34F，及一拉紧部件18F和一海底38上的锚定点36的一浮体系统60B供给能量的。在这种情况下该泵可为一水中或油井中的管状泵，该泵则用传统的吸管杆82操作的。该吸管杆直接连结到该浮体60B。而泵的出口可设在84处。
图7表示一不同的实施例的示意图，其中提取能量装置是电性的，而产生的能量被用在点亮安装在浮体上的灯标。整个系统，除了一锚定钢绳或柔韧的拉紧部件18C及在海底38的点36的锚定系统外，都被浮体40所包含。
该系统由总标号50所表示，并包含浮在水体16的表面14的浮体40。再者，该顺服装置34C在点33处被连结到该浮体上及在点42处被连结到拉紧装置18C上。该柔韧的拉紧装置18C驱动在发电机58的转轴上的一滑轮44，该发电机是在浮体内部由浮体支承的。发电机的引线46通过一整流器44A通到蓄电池48，当波浪高度变化时该蓄电池存贮发电机的变化着的电能输出。适宜的引线56将从蓄电池通到安装在浮体的顶部的支架54上的灯标52。
图8表示一基于图1的提取波浪能量或泵设备的实施例的一个实例，以总的标号100表示之。设备100通常由一浮体装置102，一锚定装置104及一以总标号106表示并连接于该浮体装置102及该锚定装置104之间的提取能量装置组成的。在这实施例中，该提取能量的装置106为一泵装置，该泵装置是由一唧筒108组成的。该唧筒108正常地被该浮体装置102和该锚定装置保持在一通常是垂直的位置上，而在实施例的实例中具有以标号110表示的顶端部和以标号112表示的底端部。为有效地操作，唧筒108的底端部112须为闭合的，而该唧筒的顶端部110则须开孔通到如大气或水体134。如该顶端部是待通到水体134时，则简单地使该顶端部开口即可。
该泵装置106进一步包含一在唧筒108内可作往复运动的活塞114和一活塞杆116，该活塞杆有以标号118表示的一第一端部连接到活塞114，和以标号120表示的一第二端部密封地伸展出唧筒108的底端部112。该活塞杆116可通过传统的填密垫或密封套可滑动地与唧筒108的底端部112密封起来。活塞杆116的第二端部120连接到锚定装置104。该锚定装置104限制活塞114的向上运动及活塞杆116相对于唧筒108和浮体装置102的运动。
在图8的实施例的实例中，该唧筒108进一步包括唧筒的一入口122和一出口124，以及一入口止回阀126连接到入口122和一出口止回阀128连接到出口124。该入口止回阀126容许水通过入口122流入唧筒108中而不会从该入口流出。该出口止回阀128容许水通过出口124从唧筒108流出而不会流入该出口。
该泵装置106进一步包括一机械拉紧装置103，该装置用机械方法连接在活塞114和唧筒108间，以用作保持活塞114和唧筒之间的回弹拉力及用作在响应一下降的波浪运动使唧筒108相对于活塞作下行冲程运动。该机械拉紧装置130可连接在唧筒108上或设备100上和活塞114上的任意位置间，而这些位置既不会干扰活塞114的往复运动的也容许该机械拉紧装置130保持活塞114和唧筒108间的回弹拉力且还保持唧筒108和浮体装置102受向下拉力的作用。该机械拉紧装置须校准其尺寸，以在活塞114和唧筒108间保持足够的拉力，使浮体102在所有预期的水、波浪或潮汐水平位上依水的表面而被保持在拉紧状态。所选择的拉力须使设备100保持在一通常是垂直的取向，并在所有预期的水或潮汐水平位上依每个波浪而使浮体102和唧筒108上升或下降时仍容许活塞114基本上在唧筒108的内部作上下行冲程运动。
该浮体装置102连接到唧筒108，并在水体134的波浪132通过而使浮体装置上或浮下时，捕获必需的波浪能量以使该唧筒108相对于被锚定的活塞114作往复运动。最好将该浮体装置102连接在接近唧筒108的顶端部110处。在图8的实施例的实施中，该浮体装置102是用一柔韧的拉紧装置136如一钢绳或链连接到唧筒108。该锚定装置104须可挠曲地用一柔韧的拉紧装置138如一钢绳或链连接到活塞116。
在操作中，当该浮体装置102在一通过的波浪上浮起时，唧筒108相对于被锚定的活塞杆114和活塞杆118被拉向上。在图8的实施例中，入口126和出口128都设置在唧筒108上位于该唧筒的底端部112和活塞114相对于唧筒108的往复行程的最低位置之间如示于图8中的位置上。因此，当该浮体装置102和唧筒108在该波浪132上升起时，被锚定的活塞的向下相对运动逼使水通过出口止回阀128从唧筒108中流出，并赋予机械拉紧装置以能量。当浮体装置102和唧筒108随一波浪132而下降时，该机械拉紧装置130将唧筒108拉向下，而活塞114的向上进入唧筒的相对运动则通过入口止回阀126将水抽汲入唧筒中。
如图8的实施例的实例中所示的，该机械拉紧装置130可包括一亦用标号130表示的弹簧连接在活塞114和唧筒108之间。该弹簧可以任意方式进行连接以保持活塞和唧筒间的回弹拉力。如图8中说明的那样，弹簧130可在唧筒内部连接在活塞114和唧筒的顶端部110之间。在图8中所示的入口126和出口128的构型中，活塞114可选择成用以密封地隔开弹簧130封装在一基本上水封的弹簧室140中。这种将弹簧与水的接触隔离开来的作法对延长弹簧130的寿命是需要的。如果弹簧130是被隔离开来，设备100的效率须通过在弹簧室140开孔并通到表面、通过扩大唧筒108和弹簧室140或通过采取其它的措施以降低密闭的弹簧室140对压缩的阻力等而加以提高。当不需要将弹簧与水的接触隔离开时，可任由唧筒108的顶端部110打开以提高设备100的效率。弹簧130也可设置在唧筒108的外部。例如，该弹簧130可连接在活塞杆116的第二端部和唧筒108的外部表面之间。
提取波浪能量的系统100也可包含一从出口止回阀128处连接的并可延伸到需使用该被抽汲的水的地方的管道142。
该机械拉紧装置130，在图8中以一弹簧作为示例，也可包含如图11所示例的一重锤143和系绳144。系绳144由与活塞114牢固的连接145通过一与唧筒108可滑动的连接146延伸到一与重锤143的牢固连接147。虽然任意使系绳144与唧筒108的滑动接合的连接类型是可行的，但在最好的实施例中该可滑动连接146为一滑轮，也以标号146表示。该重锤143和系绳144可通过任意数目的滑轮以任意方式连接以保持活塞114和即筒108之间的回弹拉力。例如，系绳144可从活塞杆116的第二端部120通过一安装在唧筒108的外部的滑轮连接到一重锤。重锤143和系绳144的应用在浮体装置102的浮力大于适用弹簧的回弹力时特别有利。重锤143的尺寸和重量可根据所需保持的浮体装置102和该泵装置106之间的回弹拉力而加以改变。
图9表示一基于图2的提取波浪能量或泵设备的实施例的实例，以总标号150表示。该设备150过常包含一浮体装置152，一锚定装置154和一总标号为156的、连接在浮体装置152和锚定装置154之间的提取能量的装置。在这实施例中该提取能量的装置156是包含一唧筒158的一泵装置。该唧筒158正常地被该浮体装置152和锚定装置154保持在一通常是垂直的位置上，而在实施例中有以总标号为160的顶端部和以总标号为162的底端部。为最佳地操作，该唧筒160的顶端部112须为闭合的，而该唧筒的底端部162须开孔，最好通到大气或通到水体134。如顶端部110是待通水体134时，则可简单地使该顶端部开口即可。
该泵装置156进一步包含一在唧筒158内可作往复运动的活塞164和一活塞杆166，该活塞杆有以标号170表示的一第二端部连接到该活塞164，和以标号168表示的一第一端部密封地伸展出唧筒158的顶端部160。该活塞杆166可通过传统的密封垫或密封套可滑动地与唧筒158的顶端部160密封起来。该活塞杆166的第一端部168连接到浮体装置152。
在这实施例中，该锚定装置154连接到唧筒108并限制该唧筒相对于活塞164和浮体装置152的向上运动。最好，该锚定装置154在接近唧筒的底端部162处连接到该唧筒108上。
在图9的实施例的实例中，该唧筒158进一步包括唧筒的一入口172和一出口174，以及一入口止回阀176连接到入口172和一出口止动阀178连接到出口174。该入口止回阀176容许水通过入口172流入唧筒158中而不会从该入口流出。该出口止回阀178容许水通过出口174从唧筒158流出而不会流入该出口。
如示于图9中，该泵装置156进一步包括一机械拉紧装置180，该装置用机械方法连接在活塞164和唧筒158之间，以用作保持活塞164和唧筒158间的回弹拉力及用作在响应一下降的波浪运动使活塞168相对于唧筒作下行冲程运动。该机械拉紧装置180可连接在唧筒158上或设备150上和活塞164上的任意位置间，而这些位置既不会干扰活塞164的往复运动也容许该机械拉紧装置180保持唧筒158和活塞164间的回弹拉力且还保持活塞164和浮体装置152受向下拉力的作用。该机械拉紧装置须校准其尺寸，以在活塞164和唧筒158间保持足够的拉力，使浮体152在所有预期的水、波浪或潮汐水平位上依水的表面而被保持在拉紧状态。所选择的拉力须使设备150保持在一通常是垂直的取向，并在所有预期的水或潮汐水平位上依每个波浪而使浮体152和活塞164上升或下降时仍容许活塞164基本上在唧筒158的内部作上下行程运动。
该浮体装置152连接到活塞杆166，并在水体184的波浪182通过而使浮体装置152浮上或浮下时，捕获必需的波浪能量以使该活塞164相对于被锚定的唧筒158作往复运动。在图9的实施例的实例中，该浮体装置152是用一柔韧的拉紧装置186如一钢绳或链连接到活塞杆166。该锚定装置154须可挠曲地用一柔韧的拉紧装置188如一钢绳或链连接到唧筒108。
在操作中，当该浮体装置152在一通过的波浪上浮起时，该活塞杆166和活塞164相对于被锚定的唧筒158被拉向上。在图9的实施例中，入口176和出口178都设置在唧筒158上位于该唧筒的顶端部和活塞164相对于唧筒158的往复行程的最高位置之间如示于图9中的位置上。因此，当该浮体装置102和活塞164随该波浪182而升起时，该活塞164进入该唧筒158的向上相对运动逼使水通过出口止回阀178从唧筒内流出，并赋予机械拉紧装置180的能量。当该浮体装置102随一波182而下降时，该机械拉紧装置180将活塞164相对于锚定的唧筒158向下拉，而通过入口止回阀176将水抽汲入唧筒158中。
如图9的实施例的实例中所示的，该机械拉紧装置180可包含一也用标号180表示的弹簧连接在活塞164和唧筒158之间。该弹簧180可以任意方式进行连接以保持活塞164和唧筒158间的回弹拉力。如图9中说明的那样，该弹簧180可在唧筒158内连接在活塞164和唧筒的底端部162之间。在图9所示的入口126和出口128的构型中，活塞164可选择成用以密封地隔开弹簧与被抽汲入的水接触，而唧筒158的底端部162可加以密封以封装弹簧180在一基本上水封的弹簧室190中。这种将弹簧与水的接触隔离开来的作法对延长弹簧180的寿命是需要的。如果弹簧是这样被隔离开来时，设备150的效率须通过在弹簧室开孔并通到表面、通过扩大唧筒158和弹簧室190或通过采取其它措施以降低密闭的弹簧室190对压缩的阻力等而加以提高。如果不需要将弹簧与水的接触隔离开时，可任由唧筒158的底端部162打开以提高设备150的效率。弹簧180也可设置在唧筒158的外部。例如，弹簧180可连接在活塞杆166的第一端部168和唧筒158的外部表面之间。
该泵装置150也可包含一从出口止回阀178处连接的并可延伸到需使用该被抽汲的水的地方的管道192。
该机械拉紧装置180，在图9中以一弹簧作为示例，也可包含如图12所示例的一重锤193和系绳194。系绳194由与唧筒162的牢固的连接通过一与活塞164可滑动连接196延伸到一与重锤193的牢固连接。虽然任意使系绳194与活塞164的滑动接合的连接类型是可行的，但在最好的实施例中该滑动连接196是一也以标号196表示的滑轮、该重锤193和系绳194可通过任意数目的滑轮以任意方式连接以保持活塞164和唧筒158间的回弹拉力。例如，系绳194可从唧筒的外部表面158通过一安装在活塞杆166的第一端部168的滑轮连接到一重锤。重锤193和系绳194的应用在浮体装置152的浮力大于适用弹簧的回弹力时特别有利。重锤193的尺寸和重量可根据所需保持的浮体装置152和泵装置156之间的回弹拉力而加以改变。
在下面所讨论有关图10中，图9的设备150是为说明的目的特别加以讨论的，但须明确，这讨论是意指应用本发明的所有水抽汲实施例。
图10表示本发明的一个应用示例，也是一种从过额的波浪运动中保护设备150的至少一个实施例的装置。如在图10中所示，至少一个泵设备150被连接到水存贮装置200。该水存贮装置200是设置在水体204的水平位202和泵设备150之上。该水存贮装器200可为蓄水池，冲击管或任意至少能暂时保持和引导被提升的、被抽运的水并把位能存贮于其中的装置。示于图10中的被提升的水的应用示例为用于开动一透平发电机208。
从出口止回阀的管道192连接到水存贮置200。在图10中管道192通过共用管道206连接到该水存贮装置。一阀门装置210设置在管道206中水体204的水平位202上，并在至少一个泵设备150之上，用以通过管道206打开或关闭泵设备和水存贮装置间的连通性。管道192可独立地连接到水存贮装置200，并可在各管道192中有一阀门装置206。
阀门装置210可用于保护一泵设备192，该泵设备在唧筒158中从该机械拉紧装置180位于活塞164对立边具有入口172和出口174如图9所示(或图8，10和11)，其方法是将阀门装置210关闭。关闭阀门装置210支撑了泵设备150的出口止回阀178和活塞164反抗水压，从而防止了活塞164和浮体装置随波浪而上升。在每个较前低的波谷的情况下，该泵设备150将抽汲更多的水进入唧筒158，由于活塞164和浮体装置152不能升起以从唧筒排出水，浮体装置152将下沉到较低的波谷水平位并保持停留在那里。阀门装置210可以是人工操作的或为自动操作的装置。
所叙述的泵设备的实施例可以廉价制造，其部件为易于获得的和替换的部件，由塑料、聚合物、金属、木材及泡沫聚苯乙烯制造。由于部件易于获得(金属、塑料或聚合物泵，阀及浮体等象各种材料的弹簧、钢绳、链和锚块等市场上是有供应的)，它们可能是由廉宜材料制成且只具有有限的寿命以便保持设备的成本为最低。
将会清楚见到，由于在各个实施例中存在的机械的存贮装置，使之可能让浮体随波浪的上升或潮汐的上升而上升。由于拉紧部件通过该机械的存贮装置而作用于浮体上的力足于保持该浮体在水14的表面上，并还足够须服以容许该浮体在潮汐高涨时间上运动。当退潮后而波浪的水平位降低时，该机械的存贮装置继续提供容许浮体向下运动的拉力，并还在活塞和唧筒之间保持足够的拉力以使设备正常地工作。
虽然对本发明的叙述是以某种程度的特殊性进行，但这里表明可对本发明的设备的结构细节和部件安排作出多种变化。这里认为，本发明并不限制于此处用作本发明的示例而叙述的特定实施例，本发明只是限制于所附权利要求
书的范围，包括全部该权利要求
书所包罗的各元件和步骤。
权利要求
1.利用从水体中波浪运动的能量抽汲水的设备，其特征在于，该设备包含具有一顶端部和一底端部的一唧筒；在所述唧筒内作往复运动的一活塞，所述活塞包括连接到所述活塞并密封地伸展出所述唧筒的底端部的一活塞杆；伸展通过所述唧筒的壁以从水体抽汲水入所述唧筒的一入口及伸展通过所述唧筒的壁以从所述唧筒排出水的一出口；连接到所述入口的一入口止回阀和连接到所述出口的一出口止回阀；可挠曲地连接到所述活塞杆的一锚定装置用以相对于所述唧筒锚定所述活塞杆；连接到所述唧筒的一浮体装置用以响应一上升的波浪运动使所述唧筒相对于所述活塞作上行冲程运动，由此所述作上行冲程运动的唧筒响应该上升的波浪运动通过所述出口止回阀排出水；用机械方法连接在所述唧筒和所述活塞的一机械拉紧装置用以保持所述活塞和所述唧筒间的回弹拉力，并用以响应一下降的波浪运动使所述唧筒相对于所述活塞作下行冲程运动，由此所述作下行冲程运动的唧筒响应该下降的波浪运动通过所述入口止回阀抽汲水入所述唧筒内。
2.按照权利要求
1所述设备，其特征在于，其中所述机械拉紧装置为一弹簧。
3.按照权利要求
1所述设备，其特征在于，其中所述机械拉紧装置为一重锤和系绳，该系绳从一与所述活塞的牢固的连接通过一与所述唧筒的可滑动的连接延伸到一与该重锤的牢固的连接。
4.按照权利要求
3所述设备，其特征在于，其中所述浮体装置以这样一种方式连接到所述唧筒，使得当将所述泵设备放置在水体中时，所述浮体装置浮在所述唧筒之上，而所述唧筒，重锤和系绳在所有时间内保持沉没在水体中。
5.按照权利要求
1所述设备，其特征在于，所述设备进一步包含用以连接所述浮体装置到所述唧筒的柔韧的拉紧装置。
6.按照权利要求
1所述设备，其特征在于，其中所述唧筒的顶端部是开孔的。
7.按照权利要求
1所述设备，其特征在于，所述设备进一步包含设置在水体的水平位和所述泵设备之上的一水存贮装置用以至少暂时性地存贮被抽汲的水;和连接从所述出口止回阀到所述存贮装置的管道，从而至少有一个所述泵设备是连接到所述水存贮装置。
8.按照权利要求
7所述设备，其特征在于，该设备进一步包含设置在所述管中水体的水平位和所述至少一个泵设备之上处的一阀门装置用以打开或关闭至少一个泵水设备和所述存贮设备通过所述管道的连通性。
9.利用从水体中波浪运动的能量抽汲水的设备，其特征在于，该设备包含具有一顶端部和一底端部的一唧筒;在所述唧筒内作往复运动的一活塞，所述活塞包括连接到所述活塞并密封地伸展出所述唧筒的顶端部的一活塞杆;伸展通过所述唧筒的壁以从水体抽汲水入所述唧筒的一入口及伸展通过所述唧筒的壁以从所述唧筒排出水的一出口;连接到所述入口的一入口止回阀和连接到所述出口的一出口止回阀;可挠曲地连接到所述唧筒的一锚定装置用以相对于所述活塞锚定所述唧筒;连接到所述唧筒的外部的所述活塞杆的一浮体装置用以响应一上升的波浪运动使所述活塞相对于所述唧筒作上行冲程运动，由此所述作上行冲程运动的活塞响应该上升的波浪运动通过所述出口止回阀排出水;用机械方法连接在所述唧筒和所述活塞的一机械拉紧装置用以保持所述活塞和所述唧筒间的回弹拉力并用以响应下降的波浪运动使所述活塞相对于所述唧筒作回弹性地下行冲程运动。
10.按照权利要求
9所述设备，其特征在于，其中所述机械拉紧装置为一弹簧。
11.按照权利要求
9所述设备，其特征在于，其中所述机械拉紧装置为一重锤和系绳，该系绳从一与所述唧筒的牢固的连接通过一与所述活塞的可滑动的连接延伸到一与该重锤的牢固的连接。
12.按照权利要求
11所述设备，其特征在于，其中所述浮体装置以这样一种方式连接到所述唧筒，使得当将所述泵设备放置在水体中时，所述浮体装置浮在所述唧筒之上，而所述唧筒，重锤和系绳在所有时间内是沉没在水体中。
13.按照权利要求
9所述设备，其特征在于，所述设备进一步包含用以连接所述浮体装置到所述活塞杆的柔韧的拉紧装置。
14.按照权利要求
9所述设备，其特征在于，其中所述唧筒的底端部是开孔的。
15.按照权利要求
9所述设备，其特征在于，所述设备进一步包含设备在水体在水平位和所述泵设备之上的一水存贮装置用以至少暂时性地存贮被抽汲的水;和连接从所述出口止回阀到所述存贮装置的管道，从而至少有一个所述泵设备是连接到所述水存贮装置。
16.按权利要求
15的所述设备，其特征在于，进一步包含一阀门装置，设置于所述管道中在水体的水平位及所述至少一个泵设备之上，用以打开或关闭所述至少一水泵设备与通过所述管道的所述水存贮装置间的连通性。
17.将水体的波浪能量转换成电能的方法，其特征在于，所述方法的步骤包含在水体中可挠曲地锚定一具有一活塞和一唧筒的往复泵;用机械方法将一机械拉紧装置连接在所述活塞和所述唧筒之间;将一入口止回阀和一出口止回阀连接到所述唧筒上;将水表面上的一浮体连接到所述泵上;校准所述浮体和泵及所述浮体和泵间的连接以容许水体的上升的波浪运动提升所述浮体并使所述活塞相对于所述唧筒作冲程运动，从而通过所述出口止回阀用所述泵将水排出。校准所述机械拉紧装置用以当浮体随波浪运动而上升和下降时保持所述活塞和所述唧筒间的回弹拉力，及用以当浮体随下降的波运动时利用该回弹拉力以使所述活塞相对于所述唧筒作冲程运动，从而通过入口止回阀从水体中抽汲水入到所述泵并保持所述浮体在水表面和所述泵之间的拉力;通过一管道将从所述泵抽汲的水传送到所述水体的表面之上的一贮水箱;和利用在所述贮水箱中的水开动水力发电机以产生电力。
18.按照权利要求
17所述方法，其特征在于，其中所述浮体连接到所述泵的活塞上而所述锚块连接到所述泵的唧筒上。
19.按照权利要求
17所述方法，其特征在于，其中所述浮体连接到所述泵的唧筒上而所述锚块连接到所述泵的活塞上。
专利摘要
从水体中波浪运动获取有用能量的设备和方法。该设备包括唧筒，在唧筒内作往复运动的活塞，连接活塞并密封地伸展出唧筒的活塞杆，连接活塞和唧筒以保持活塞和唧筒间回弹拉力的机械拉紧装置，连接活塞杆或唧筒两端部之一的浮体，可挠曲地连接活塞或唧筒不与浮体连接的另一端部的锚块，连接到唧筒的入口和出口止回阀，及从出口止回阀延伸到需用水的地方的管道。该机械拉紧装置可为弹簧或重锤和系绳。该设备和方法可用于开动水力发电机。
文档编号F03B13/18GK87104861SQ87104861
公开日1988年4月20日 申请日期1987年6月19日
发明者汤姆·J·温德尔 申请人:汤姆·J·温德尔导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan