浮力致动器的制作方法

专利名称：浮力致动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种响应波动的浮力致动器，更具体地，涉及一种用于响应波动将波 动有效耦合于一种装置的浮力致动器。本发明还涉及一种波能转换系统。尽管并非一定是独一无二地，本发明已经被特别地设计为用于利用波能产生动力 并用于将产生动力的能量转换成驱动能量转换装置例如流体泵或线性发电机的线性运动 的浮力致动器。在这种设置中，该浮力致动器被可操作地连接到能量转换装置，该致动器可 悬浮在水体内，但是通常在水平面以下。该浮 力致动器实质上是被浸没的漂流物，其响应水 体内的波动而运动。
背景技术：
下面的背景技术的阐述仅用于帮助理解本发明。该阐述并不是对于所提及的内容 在本申请的优先权日时是公知常识或公知常识的一部分的承认或供认。将波动耦合于一种响应波动可操作的装置是已知的，一个实例为使用漂浮物将波 动转化为往复泵的动作。典型地，这种漂浮物为实体结构并包括有浮力的材料例如泡沫。尽管这种漂浮物在提供浮力方面是有效的，是但它们可能很重。当被暴露于剧烈的海况，通常是不利的天气条件(例如在暴风雨的情形下)，漂浮 物可能遭受极端的力。当暴露于这种情形时，已知的漂浮物可能易于损坏或崩溃。更进一 步地，在这种情形下，连接于该种漂浮物的绳索可能损坏或断裂。而且，这种漂浮物通常不适于截取存在于浅水条件下的水平波动。相对于背景技术，本发明已经改进了与之有关的问题和困难。相应地，本发明的目 的在于至少解决先前已知的漂浮物的一个问题或困难，或至少提供一种有用的选择作为替 代。

发明内容
根据本发明的第一个方面，提供一种浮力致动器，其包括本体，所述本体具有外部 表面，所述外部表面包括多个小平面。优选地，所述多个小平面是棋盘格状的。优选地，所述本体大致是球形。优选地，设有36个小平面，其中包括12个大致五边形的小平面和24个大致六边 形的小平面。优选地，所述本体除了包括内部支撑结构以外大致是中空的。优选地，所述内部支撑结构包括多个支柱，每个支柱具有支撑一个小平面的外端。所述本体包括36个小平面，其中包括12个五边形的小平面，优选地，设有12个支 柱，分别支撑一个五边形的小平面。优选地，所述内部支撑结构包括中间芯部，所述支柱从所述中间芯部辐射状延伸。优选地，每个支柱被配置为在其径向外端形成各自的小平面。
优选地，在所述支柱末端的这些小平面被连接到邻近的小平面以提供本体的完整性。优选地，所述内部结构是有浮力的结构。该浮力可以通过将有浮力的材料例如泡 沫结合到至少一些支柱和/或中间芯部的结构中来提供。优选地，所述浮力致动器包括用于打开所述浮力致动器的内部以允许海水流动经 过的装置，以响应所述浮力致动器在不利的天气条件下(如暴风雨的情形)遇到剧烈的海 况。这是为了在遇到 这种条件时保持该浮力致动器的完整性。这可以通过在外部表面上形成开口以响应加诸于该浮力致动器上的不利的天气 条件来实现。在这点上，多个小平面可以被配置为铰接的薄片，每个薄片可在闭合位置和打 开位置之间枢轴移动，该闭合位置为该薄片通常处于的位置，并位于该小平面的平面内，在 打开位置上，所述薄片向外旋转以形成所述外部平面上的开口。便利地，每个这样的小平面 包括一对铰接在一起的薄片，用于在闭合和打开位置之间枢轴运动。每个薄片可向着它的闭合位置偏置。这可以通过使用弹簧机构例如将弹簧结合到 该薄片的铰链中来实现。优选地，提供一种可释放的联结件，用于将每个薄片可释放地保持在闭合位置上。 优选地，该可释放的联结件适于促使释放薄片，以允许其从闭合位置移动至打开位置，从而 形成开口以响应不利的天气条件。优选地，该可释放的联结件包括磁性联结件。该磁性联结件可以利用磁性吸引力 来将薄片保持在闭合位置上。该磁性联结件可以包括多个磁铁，其设置在沿着各个薄片的 自由边缘的多个位置上和/或沿着邻近小平面的相应边缘的相应位置上。这样，该些薄片 将处于形成各个小平面的闭合位置上，直到相对于它们的力足以克服磁性吸引力，由此迫 使薄片松开并远离闭合位置摆动以形成开口。该本体包括36个小平面，其中具有24个六边形的小平面，至少一些六边形的小平 面被配置为两个半六边形的薄片。优选地，每个六边形的小平面包括两个半六边形的薄片。配置成薄片的小平面的数量取决于浮力致动器的特定应用。如果浮力致动器连接 到响应波动可操作的单个装置(例如泵)上，可以是仅两个小平面(例如在本体顶端和底 端的小平面)被配置成薄片。如果浮力致动器连接到响应波动可操作的多个装置(例如在 间隔排列中布置的泵)上，非常可能是多于两个和可能至少多数的小平面被配置成薄片。为了运行，浮力致动器不需要完全地水密封。实际上，在正常操作时，该浮力致动 器充满了水，滞留的水作为邻近实体随浮力致动器运动，即使在棋盘格状的小平面和结合 到本体上的任何薄片之间存在轻微的流动。典型地，浮力致动器对薄片故障是容错的。在正常的操作下，如果一个薄片不能打 开，将不会形成流体通道，用于海水进入然后离开浮力致动器的内部空腔，这在一定程度上 将不利地影响浮力致动器的操作。由于具有可能不利地影响该浮力致动器操作的流动，通 常需要将至少两个薄片打开，并且相比于只有一个薄片没有打开的概率，两个薄片没有打 开的概率是相当低的。根据本发明的第二个方面，提供了一种浮力致动器，其包括具有外部表面和中空 内部的本体，以及用于打开内部以允许海水流动通过从而响应浮力致动器在不利的天气条 件下(例如暴风雨的情形)遇到剧烈海况的装置。
根据本发明的第三个方面，提供了一种浸没在海水体中的浮力致动器，该浮力致 动器包括本体和封闭部，所述本体具有外部表面和适于容纳海水体中的海水的中空内部， 所述本体包括多个开口，用于流体在中空内部和环绕的海水体之间流动，所述封闭部用于 堵塞或至少抑制流体流动通过每个开口，所述封闭部适于响应施加于其上的、在中空内部 和环绕的海水体之间的预定流体压力差而移动远离开口以允许流体流过。根据本发明的第四个方面，提供了一种浸没在海水体中的浮力致动器，该浮力致 动器包括本体和流动控制装置，该本体具有适于容纳来自环绕的海水体中的一定容积的海 水的中空内部 ，所述本体具有开口，海水能够经由该开口在中空内部和海水体之间流动，所 述流动控制装置用于控制通过中空内部的流动，其具有用于堵塞或至少阻碍流体流动通过 本体的第一位置和允许流体流动通过中空内部的第二位置。本体具有外部表面和可设于外部表面上的开口。流动控制装置可包括用于堵住或至少抑制流体流过每个开口的封闭部，该封闭部 适于移动远离开口以允许流体流动通过。每个封闭部可被配置为薄片，其在闭合位置和打开位置之间移动，所述闭合位置 位于外部表面的平面内，在所述打开位置上，所述薄片摆动离开以形成所述外部表面上的 开口。根据本发明的第五个方面，提供一种用于浸没在海水体中的浮力致动器，该浮力 致动器包括本体和装置，所述本体具有外部表面和中空内部，所述外部表面被配置成与环 绕的海水粘性地结合，所述装置用于在外部表面上形成开口，以允许流体在环绕的海水和 中空内部之间流动。根据本发明的第六个方面，提供了一种用于浸没在海水体中的浮力致动器，该浮 力致动器包括本体和封闭部，所述本体具有外部表面、中空内部和多个开口，所述外部表面 被配置成与环绕的海水粘性地结合，所述开口用于流体在所述中空内部和环绕的海水之间 移动，所述封闭部用于堵住或至少抑制流体流动通过开口，所述封闭部适于响应作用于其 上的、在中空内部和环绕海水之间的预定流体压力差而移动远离开口以允许流体流过。在环绕的海水和浮力致动器的外部表面的粘性结合给该浮力致动器提供了额外 的有效质量。对于浮力致动器的物理质量和包含在本体内的一定容积的海水质量而言，该 额外的质量是附加的。波动的作用力作用在全部质量上，包括额外的有效质量、浮力致动器 的物理质量和包含在本体内的一定容积的海水的质量。该粘性结合由于一些开口的形成而减小。该些开口的形成允许海水流过该浮力致 动器，从而影响浮力致动器在海水体中的运动。该些开口的形成有效地减小了浮力致动器 的有效尺寸或轮廓，这对于浮力致动器浸没在其中的运动海水是显然的。具体地，浮力致动 器在海水体中的运动速度和运动振幅存在减少。速度的减少也导致了浮力致动器的有效质 量的减少。因此，这允许浮力致动器呈现一种状态，浮力致动器在该状态下对于在不利的海 况中较少响应、并较少地受到损坏。根据本发明的第七个方面，提供了一种波能转换系统，其包括一种根据如上所述 的本发明的前述任一方面的浮力致动器。优选地，所述浮力致动器被可操作地连接于波能转换装置(例如流体泵或线性发 电机)，以将波动转换到波能转换装置。
通过参考下面在附图中所示的一个具体实施方式
的说明可以更好地理解本发明， 其中

图1为包括根据本实施方式的浮力致动器的装置的示意性前视图，该装置被显示 为安装在水下的位置上；图2为该装置的示意性透视图；图3为该装置的示意性侧视图，其中根据本实施方式的浮力致动器的部分被移除 以显示更多细节；图4为图3中所示的设置的俯视图；图5为该装置的底部的俯视图，其包括基座结构和安装在其上的往复泵；图6为图5中所示的底部的一部分的局部横截面视图；图7为根据本实施方式的浮力致动器的前视图；图8为包含在浮力致动器内的内部支撑结构的示意性透视图；图9为图8中所示的内部支撑结构的一部分的透视图；图10为图8中所示的结构的一部分的部分被剖开的前视图；图11为图8中所示的一部分的部分被剖开的透视图；图12为图11所示的部分被部分地剖开的侧视图；图13为浮力致动器的局部视图，其具体示出了用于在特定条件下减少其浮力的 机构；图14为图13中所示的设置的横截面视图；图15为形成该装置一部分的往复泵的截面透视图；图16为往复泵的截面正视图；图17为部分截面上的泵的前视图，以显示一些内部细节；图18为形成为往复泵的一部分的轴的透视图；图19为轴的侧视图；图20为轮的透视图，其适于安设在图17中所示的轴上；图21为轮的侧视图；图22为轮的横截面视图；图23为泵的截面的局部透视图；图24为泵的下端截面的局部透视图；图25为泵的上端截面的局部透视图；图26为示意性透视图，其示出了以一种排列布置的多个根据本实施方式的装置；图27是与图26有些类似的视图，但是示出了以另一排列布置的装置；及图28也是与图26类似的视图，但是示出了另一排列内的装置。
具体实施例方式参见附图，示出了用在装置11上的浮力致动器19，其用于利用水体中的波能产 生动力，并将产生动力的能量转化为高压流体，该高压流体通常高于0. 7MPa，优选地高于5.5MPa。该高压流体可以用于任何合适的目的。在显示的布置中，高压流体包括用于发电 和/或脱盐的水。装置11被安装用于在海水体12中操作，该海水体具有海水表面13和海底14。装置11包括多个泵15，该些泵15被锚定在海水体12内并适于被波能启动。泵 15连接于基座17，该基座17被锚定到海底14。每个泵15被可操作地连接到根据本实施 方式的浮力致动器19，该浮力致动器19悬浮在海水体12中，位于泵的上方，但是在水平面 13以下一深度处，通常其低于中性水线几米。通过这样的布置，每个泵15可通过浮力致动 器19响应波动的运动来激活。每个泵15通过包括绳索23的联结件21可操作地连接到浮力致动器19。泵15提 供高压流体(在本实施方式中是海水)给闭环系统25，高压流体方式的能量在闭环系统25 中被利用。 每个泵15分别包括往复泵，该往复泵具有低压入口 27和高压出口 29。在所示出的布置中，基座17包括大体上呈三角形的结构31，其具有在角部35相互 连接的三个侧边33，该角部35被截去尖端以形成边缘37，如图2中最佳地所示。设有三个 泵15，每个泵15被连接到三角形基座的一个角部35。每个泵15还通过绳索23连接到浮 力致动器19。绳索23由任何合适的材料制成，例如合成绳索。在图4中可以看出，浮力致动器19相对于三个泵15位于上面，并设置于中央。绳索23在一点上被连接到浮力致动器19，如果绳索向浮力致动器的内部延伸，它 们将会合在浮力致动器的中心。这样，这些泵15、绳索23和基座17形成了一个三棱锥，浮 力致动器19位于该三棱锥的顶点。通过该布置，该些泵15、绳索23都与水平面呈一角度。通过设置该些泵15与水平 面呈一角度，浮力致动器19的运动能够在该些泵15内提供往复冲程长度，当位于限定的海 水深度的区域内，例如7米到10米的深度，该往复冲程长度产生足够的高压海水。更进一 步地，通过这种布置，该些泵15能够充分利用水平的波动。尽管每条绳索可以处于适当的角度，通常在大约35°和55°之间，但是该些绳索 23通常与水平面大约呈40°角。基座17具有等边三角形结构，其具有大约7米的边长，大约对应于装置浸没于其 中的海水的深度。基座17的每个角部35的边缘37大约为2米。基座17由钢筋混凝土制成，并包括管道工程41的内部系统，该管道工程41将该 些泵15耦合到闭环系统25，如图3所示，并在后面将更详细地介绍。在本实施方式中，管道 工程41包括低碳钢管。在三角形的基座结构31的每个角部37处，设有第一和第二端口 51、52，如图5最 佳地所示。通过结合在基座17内并作为管道工程41 一部分的低压管道系统53，每个第一端 口 51在基座17的外面与低压入口 55相通。通过结合在基座17内并作为管道工程41 一 部分的高压管道系统59，每个第二端口 52与高压出口 57相通。柔性的入口软管61将每个 第一端口 51连接到每个泵15的入口 27，柔性出口软管63将每个第二端口 52连接到每个 泵15的出口 29。这样，低压海水从低压支管64通过入口 55流入管道系统53，低压支管64 携带了其他地方的低压海水。海水从入口 55通过低压管道系统53流入第一端口 51，通过柔性软管61流入该些泵15的入口 27。在高压下运送的海水从该些泵15的出口 29流经柔 性软管63到第二端口 52并进入高压管道系统59，于此处，海水被运送到高压出口 57。高 压海水从出口 57流入高压支管66，高压海水从那里被运送至目的地。基座17具有环绕其边缘的外部凸起部71，其具有水平表面72、倾斜表面73和内 部凹进部75。倾斜表面73用于提供一部分，各个泵15能够通过连接部77固定到该部分 上。倾斜表面73与水平面呈45°角。基座17也可以在每个角部设有吊耳78，该吊耳能够使该基座安装在海底上，并根 据需要从海底抬升。该吊耳78设于凸起部71的水平表面72上。基座17被配置为用作吸力锚，用于连接于海底14。在这点上，基座17包括环绕其 边缘的悬垂法兰81 (如图6最佳地所示)，当置于海底14上，其利用吸力为基座提供锚定。 基座17包含吸入孔(未示出)，以在该基座配置于海底时提供排出残存流体的装置。然后， 该吸入孔被密封以维持吸力锚定。浮力致动器19用作浸没的漂浮物，将波浪运动转化为该些泵15的往复运动。浮 力致动器19包括本体20，其大体上为球形并包括多个棋盘格状的小平面101。小平面101 具有呈现为外表面的外壳102。如下所述，浮力致动器19的内部大体上是中空的，但包括有 浮力的内部支撑结构103。在图1、图3和图4中，一些小平面101被省略以显示部分内部 支撑结构103。
在示出的布置中，浮力致动器19的外壳102具有36个小平面101，其中包括12个 五边形的小平面105和24个六边形的小平面107。如图7所示，小平面101呈棋盘格状以 形成大体球形(与英式足球的形状有点相似)。支撑结构103包括多个支柱111，该支柱从中间芯部113向外径向延伸。如图8所 示，其为支柱111和五边形的小平面105的透视图，为了清楚，移除了那些六边形小平面，在 所示布置中，设有12个支柱111，每个支柱对应于一个五边形的小平面105。每个支柱111在内端被连接到中心定位的芯部113，使得该些支柱从该芯部径向 向外延伸并大体上径向等距相隔。该芯部113包括由刚性材料例如钢形成的中心内芯、环 绕内芯的中间泡沫层和高密度聚乙烯(HDPE)的外层。支柱111的每个末端向外张开以呈现平坦的外端面115，该外端面限定了一个五 边形的小平面105。因此，五边形的小平面105由支柱111所支撑，并且如图7中所示，六 边形的小平面107位于相邻小平面之间，并固定于相邻小平面上。图10、图11和图12进 一步示出了其中一个支柱111的芯部113。为了清楚，仅显示了每个小平面101和支柱111
的一半。每个支柱111在其横截面上大体上为圆形，其包括三个同心的部分；内部钢芯 121，环绕该内部钢芯的泡沫层122和由高密度聚乙烯(HDPE)制成的外层123。图10为支 柱的纵向横截面，其示出了该支柱的不同层。HDPE外层123沿着整个支柱111延伸，并且提供了限定五边形小平面105的外端 面115。因而，该小平面105由高密度聚乙烯(HDPE)制成。这些小平面101具有配置成唇状部124的边缘。该些小平面101在邻近的边缘处 通过在唇状部124之间延伸的连接部125结合在一起。在示出的布置中，连接部125包括 螺钉，该螺钉延伸穿过这些小平面101的邻近边缘的孔129而将该些小平面固定在一起。
每个支柱111和芯部113中的泡沫材料提供了浮力。该泡沫材料用于在泵的冲程 中提供额外的举升。波浪施加于浮力致动器19上的向上的力和向下的力几乎是差不多的。 在下冲程期间，当每个泵15仅作用在一个方向时，在浮力致动器19内部的浮力用作势能存 储，使得在向上冲程中该浮力和举升力均作用在该泵上。泡沫材料可以为闭孔灌注的聚氨酯泡沫材料(closed cell poured urethanefoam)，也可使用其他合适的材料。由于浮力致动器19的基本中空的特性，其相比于现有技术的漂浮物重量轻。在显示的布置中，每个支柱111的重量 小于35kg，而整个漂浮物结构重400kg。更 进一步地，根据使用浮力致动器19的海水的深度，浮力致动器19的直径为4米到7米。如前面所提及的，浮力致动器通过绳索23连接于每个泵15。眼板(padeye)131形 式的联结件用于将绳索23连接到浮力致动器19。如图10所示，该眼板131从小平面105 延伸并被连接到内部钢芯121上。该眼板131包括用于防水的高密度聚乙烯涂层133。在不利的天气条件下，当遭受剧烈的海况时，浮力致动器19包括有暴风雨消除特 征(storm release feature)来保持浮力致动器的完整。为了这个目的，提供装置141，其用于打开浮力致动器19的内部以允许海水流过 该浮力致动器，以响应浮力致动器遇到如此不利天气条件。这可以通过在外壳102上形成 开口 143以响应加诸于浮力致动器19上的不利的天气条件来实现。更具体地，浮力致动器 19的多个六边形的小平面107均被设计成一对铰接的薄片145。这在一个六边形的小平面 107的俯视图13中被示意性地示出。图14是沿图13中的线14-14剖开的横截面视图。每个六边形小平面107包括一对两个相同的半六边形薄片145，该薄片145通过 铰链148沿着小平面的主轴147铰接。铰链148包括铰链轴149，该铰链轴149在邻近的 小平面IOlaUOlb之间延伸，薄片145被铰接安装在轴上。两个薄片145具有间隔开的突 片147，突片147上具有孔，铰链轴149延伸穿过该孔，以安装这两个薄片145，因而其邻近 的边缘紧密地对准。每个半六边形薄片145可在闭合位置和打开位置之间枢轴移动，该闭合位置为半 六边形薄片145正常处于的位置，其位于小平面107的平面内，在打开位置，半六边形薄片 145从小平面的平面摆动离开以在外壳102上形成开口 143。每个薄片145向着其闭合位 置偏置并适于摆动离开以形成开口 143，从而响应加诸于其上的、中空内部与浸没浮力致动 器19的周围水体之间的预定的流体压力差。通常，当遭受剧烈的海况时，预定流体压力差 由作用于浮力致动器的提升运动引起。通过使用弹簧机构施加弹簧力以辅助闭合薄片可以 实现薄片145向着闭合位置的偏置。该弹簧机构可以被包含于铰链148内。该弹簧力必须 相对弱，其仅仅在海水条件已经衰减，并且该薄片只是上下摆动以后才有助于闭合。然而， 准备加载于薄片上的弹簧不是必须的，因为薄片可以仅通过浮力致动器19的轻轻运动自 身闭合。在示出的布置中，薄片145适于从小平面107向外摆动离开以形成多个开口 143。 在另一种未示出的布置中，该些薄片可适于向内摆动到本体20的中空内部。在另一种仍未 示出的布置中，一些薄片可适于向外摆动而其他薄片适于向内摆动。因此，该些薄片145为开口 143提供了封闭，用于堵住或至少抑制流体流经开口 143。
提供一种可释放的联结件153，用于将每个薄片145可释放地保持在闭合位置。该 可释放的联结件153适于促使释放薄片145以允许其从闭合位置移动到打开位置，从而形 成开口 143以响应不利的天气条件。在示出的布置中，该可释放的联结件153包括磁性联 结件，其利用磁性吸引力来保持各个薄片处于闭合位置。具体地，磁性联结件包括多个磁铁 155，其设置在沿着薄片145的自由边缘157的多个位置上，以及沿着邻近的小平面101c、 101d、IOleUOlf的邻近边缘的相应位置上。每个磁铁155被选择需要相当于大约50公斤 重量的力来使其松开。钢带159设在该些磁铁155所吸引的邻近小平面的边缘上用以提供 封闭。这样，这些薄片145处于限定六边形的小平面的闭合位置上，直到相对它们的力足以 克服该磁性吸引力，从而迫使该些薄片释放并打开。根据需要来选择磁铁155的数量。为了以所述方式运行，浮力致动器19不需要完全地水密封。实际上，在正常的操 作下，浮力致动器19的中空内部充满了海水，这些截留的海水作为邻近的实体与浮力致动 器一起移动，即使有轻微的流动经过该些薄片的唇状部。粘性截留的海水随浮力致动器19的外部表面一起移动，用于提供给浮力致动器 额外的有效质量。由于浸没浮力致动器19的海水的粘性，浮力致动器在移动时易于拖曳最 靠近本体20的流体(海水)，并且该流体作用如同本体的延伸部分，因此，其被称为“额外 的有效质量”。该额外的有效质量依赖于浮力致动器19的速度、尺寸和形状，但是当浮力致 动器在流体中静止 时，该额外的有效质量为零。用于计算浮力致动器19的动力的全部质量 为它的实际质量(结构质量加上包含于其内的水的质量)加上额外的有效质量之和。几乎在瞬时间通过打开薄片145来减少容积以减少该浮力致动器19内截留的海 水质量。而且，薄片145的打开减小了浮力致动器19的速度。速度的减小也摆脱了通常围 绕于浮力致动器拖曳的外部体积的海水，即所称的额外的有效质量。因此，薄片145的打开 减少了截留海水的体积和有效质量(其减小了势能)，而同时通过减小速度和质量也降低 了动能。薄片145的打开允许海水流经该结构，以便对于撞击该结构的运动海水存在最小 的阻力。由于浮力致动器19未被波浪抬升同样多并且它比较轻，这消除了大量的势能。同 时，由于质量的减小(不再滞留海水)和速度的减少(因为浮力致动器不再对可能导致其 加速的波浪力提供反力)，这也降低了动能。由于在薄片和浮力致动器之间总是有一些联结 件，使浮力致动器19相对海水完全透明是不可能的，然而，可期望的是，通过利用薄片145， 作用于泵15和联结件21上的暴风雨可以减弱至可接受的水平。因此，没有必要设计非常 巨大的(和昂贵的)结构来抵御这些巨大的力。每个薄片145适于远离各自的小平面107移动以形成开口 143，从而允许流体经 过，以响应施加于其上的、在中空内部和周围的海水体之间的预定的流体压力差。使薄片 145远离小平面107移动所需的预定压力差由保持该薄片处于闭合位置的可释放的联结件 153的磁性吸引力的强度控制。通常，当浮力致动器19经受抬升运动时，压力差作为导致一 个力施加在薄片145的一侧上的流体惯性的结果而产生。更进一步地，浮力致动器19对于薄片故障是容错的。如果一个薄片145在正常的 操作下没有打开(例如，由于磁性锁的故障或坏掉的铰链)，将不会形成用于海水进入然后 离开该浮力致动器19的内部空腔的流道，这在一定程度上将不利地影响其操作。由于具有 可能不利地影响浮力致动器19操作的流动，需要打开至少两个薄片，两个薄片没有打开的概率非常低于只 有一个薄片没有打开的概率。参见图15-图25，每个泵15包括具有内部172的细长的管状结构本体171。在本 实施方式中，细长本体171为圆形的横截面。该细长本体171具有外部侧壁173，在本实施 方式中该外部侧壁由上侧壁部175、中间侧壁部176和下侧壁部177连接在一起形成。泵本体171具有上端和下端，该上端由顶壁181封闭，该下端由底壁183封闭。底 壁183被配置为通过连接件77与基座17连接。内部172包括上部178和下部179，上部178被限定在上侧壁部175内，下部179 被中间侧壁部176和下侧壁部177共同限定于内。进水室185和排水室187存在于本体171的内部172的下部179内。该进水室185 限定于底壁183和在内部172内的下部内部191之间。排水室187限定于下部内部191和 上部内部193之间，上部内部193包含圆柱形的内侧壁部195和端壁部197，该端壁部197 与下部内部191相对并间隔开。内侧壁部195同本体171的外部侧壁173向内地间隔开， 以便在其间限定环形间隔198。活塞机构201容纳在内部172的下部179内并在进水室185和排水室187之间延 伸。活塞机构201为中空结构，其包括有输送通道203，该输送通道具有与进水室185相通 的一端205和与排水室187相通的另一端207。活塞机构201包括活塞基座209和活塞管211，该活塞管211从基座209向上延 伸。活塞管211穿过下部内部191的开口 213在进水室185和排水室187之间延伸。密封 件215环绕活塞管211提供了进水室185和排水室187之间的流体密封。下部内部191和上部内部193被夹紧在位于本体171的中间侧壁部176和下侧壁 部177之间的螺栓凸缘联轴器213内。输送通道203提供了活塞201内的腔室219。在活塞腔室下的活塞基座209内提 供入口止回阀221，以允许流体在活塞201的下冲程时流入腔室219，同时阻止在活塞的上 冲程时反向流动。排水室187和活塞腔室219共同限定增压室223。泵15具有入口部225，其限定了泵入口 27并且通向进水室185。泵15具有出口部227，其限定了泵出口 29并且在排水口 229处通向排水室187。 出口部227包括止回阀，该止回阀被设置成允许在压力下从排水室187向外流，同时阻止其 回流。增压室223膨胀和收缩以响应活塞机构201的往复运动。活塞机构201的往复运 动包括上冲程(相应于增压室223的体积收缩)和下冲程(相应于增压室223的体积膨 胀)。这样，泵15在活塞机构201向上运动时，进行增压冲程，并在活塞机构201向下运动 时进行吸气冲程。活塞机构201还包括抬升装置241，其适于可操作地将活塞机构201连接于绳索 23。抬升装置241包括抬升头243和多个抬升臂245，该些抬升臂245从抬升头243向 外延伸到活塞基座209。该些抬升臂245延伸穿过环形间隔198，并穿过在两个内部191、 193上的开口 247。开口 247设置为导引抬升臂245的移动并可以包括衬套248。衬套248 优选地由在海水中表现为低摩擦的材料形成，这种材料的一个实例为Vesconite 。
绳索23通过齿轮装置251连接于抬升装置241，该齿轮装置251容纳于泵的内部 172的上部178内。齿轮装置251的目的是将浮力致动器19的往复运动及其引起的绳索 23的往复运动转化为活塞的较短增压冲程长度。为了获得可靠的高压密封(连同较大的活 塞直径)，较小的冲程长度(相应于较小的冲程速度)是有利的。泵本体171的顶壁181具有孔253，绳索23的下部23a经由护套255延伸穿过该 孔，该护套255通过护套密封件258连接到顶壁181上的安装件257。护套255的目的是为 了保护绳索23免受杂质(如鳞和海洋甲壳动物)损坏，否则，该些杂质可能堆积在绳索上。 这避免了堆积的杂质进入泵内妨碍其运作的可能。
绳索23的下部23a包括绳索部259，其被利用作为齿轮装置251的一部分，这是很 显然的。齿轮装置251被配置为滑轮机构261，其包括轴组件263，该轴组件具有旋转轴，该 旋转轴横向于绳索23的往复运动方向，并横向于泵活塞201的往复运动方向。轴组件263 包括第一轴部265和分别设置在第一轴部的每一侧上的两个第二轴部267。第一轴部265 的直径大于两个第二轴部267的直径。各第二轴部267具有相同的直径。绳索部分259连接并缠绕于轴组件的第一轴部265。抬升装置241通过两根绳索 269连接到轴组件263，每根绳索连接并缠绕于轴组件263的一个第二轴部267。在显示的布置中，轴组件263包括轴271。轮273安设在轴271上以提供第一轴 部265，两个圆周槽275形成在轴271上以提供第二轴部267。轮273固定到轴271以随其 旋转。轮273在它的边缘处具有圆周槽277，绳索部259可在其内运转。轮273具有连接 孔279，用于将绳索部259的端部连接到轮上。如前面所提及，绳索部259形成了齿轮装置 251的一部分，在下文中将其称为轮绳。两根绳索269固定于轴271并在槽275内运行。每 根绳索269在一端固定于轴271，围绕着该轴的圆周在各自的槽275内运行，向下延伸到抬 升头243并在该绳索的另一端连接于抬升头243。绳索269在下文中将被称为轴绳。图15 示出了齿轮机构251的一些细节，但为了清楚而移除了轮273的一部分。轴271在它的末端被可旋转地支撑于衬套281内，该衬套281容纳在轴承座283 内，该轴承座283包含在泵本体171的上侧壁部175内。衬套281优选地由在海水中表现 为低摩擦的材料形成，这种材料的一种实例为Vesconite 。轮绳259和两个轴绳269以相反的方向缠绕。各个轮绳259和两个轴绳269的固 定点是完全相反的。轮绳259通过泵本体的顶壁181上的孔253延伸进入绳索护套255的 孔。浮力致动器19响应波动的往复运动导致轮绳259随着波动而上下移动。这使得轮273 旋转，轴271随之旋转。轴271的旋转导致轴绳269上下移动，由此，转化为抬升装置241 和活塞201作为一个整体的往复运动。在示出的布置中，轮273的直径为轴271的直径的大约五倍。如例，轮273的直径 可以为30厘米，而轴的直径为6厘米。因此，在波动的影响下，轮绳259移动了 80厘米，轴 绳269将仅移动16厘米。这样，轮273、轴271和绳索259、269提供了齿轮布置，其允许将 浮力致动器19的较大位移转化为活塞机构201的较短的增压冲程长度。泵15主要由钢制成，尽管活塞机构201可由其他材料例如陶瓷材料制成。绳索护 套255可由橡胶制成，绳索259、269可由任何合适的材料例如合成材料例如尼龙和聚乙烯 制成。上侧壁部175也可以由合成共聚物制成。
在运行时，波浪冲击装置10导致浮力致动器19的抬升。该抬升通过绳索23传送 给三个泵15中的每一个。在每个泵15中，这导致了活塞机构201抬升，其结果为增压室 223容积收缩。这样，泵15进行增压冲程，受限于增压室223内的一些海水通过泵出口 29 流出。一旦波浪已经经过，施加在浮力致动器19上的抬升力减小，在连接于其上的各种元 件包括抬升装置241和活塞201的重力作用下，该浮力致动器下降。当活塞机构201下降 时，其插入到进入进水室185的海水中。当活塞机构201下降时，在进水室185内的海水流 入活塞腔室219和逐渐膨胀的增压室223内。入口止回阀221允许海水进入。海水充满了 活塞腔室219和排水室187，为下一次增压冲程做好准备，当浮力致动器19响应下一次的波 浪扰动而抬升时，进行下一次增压行程。这种布置的特征在于，相比于现有技术(无减速齿轮的泵)，具有较大直径的活塞 和较小冲程的泵15在增压室223内可实现高压。较小的冲程长度(其转化为较小的冲程 速度)和较大的活塞直径对于实现可靠的高压密封都是有利的特性。因此，高压齿轮泵的 设计导致更可靠的密封。在阵列290中可提供许多装置11。可实现的阵列290的实例如图26、图27和图 28所示。在每个例子中，每个基座17的低压入口 27和高压出口 29分别与低压支管64和 高压支管66相连。
对于主导海况的实际波长和波浪的方向，组件(装置11)之间的间距和该些阵列 的样式是优化的特征。布置被优化用于在大约10米或小于10米深的浅海水域中运行。这是通过以下产 生的相比于包括有一个泵和漂流物的现有技术的布置，浮力致动器19具有更大的容积， 以及较大的浮力致动器连接于包括三角形基座17和三个以倾斜高度布置在浅海水中的泵 15的三脚架装置的设置能够从水平和垂直的波动中吸取能量，该水平波动相对大于更深的 海水中的水平波动。如前面所述，装置11与根据本实施方式的闭环系统25—同操作，其中，高压流体 形式的能量被利用。在本实施方式中，流体包括海水，闭环系统25提供了用于发电或脱盐 的高压海水。如前述，很显然的，根据本实施方式的浮力致动器提供了漂流物，其相对较轻，并 且，在不利的条件下为了保护可以使其有效地不起作用。在说明书和权利要求书中，除非上下文要求，否则，词语“包括”或类似意思的词语 将被理解为其意味着所述物或物的组合，但并不意味着对任何其它物或其它物之组合的排 除。
权利要求
一种浮力致动器，其包括本体，所述本体具有外部表面，所述外部表面包括多个小平面。
2.根据权利要求1所述的浮力致动器，其中，所述小平面为棋盘格状。
3.根据权利要求1或2所述的浮力致动器，其中，所述本体大致为球形。
4.根据权利要求1、2或3所述的浮力致动器，其中，设有36个小平面，其中包括12个 大致五边形的小平面和24个大致六边形的小平面。
5.根据前面任一项权利要求所述的浮力致动器，其中，所述本体除了具有内部支撑结 构外基本上中空。
6.根据权利要求5所述的浮力致动器，其中，所述内部支撑结构包括多个支柱，每个支 柱具有支撑一个小平面的外端。
7.根据权利要求4、5或6所述的浮力致动器，其中，所述本体包括36个小平面，具有 12个五边形的小平面，并设有12个支柱，一个支柱支撑一个五边形的小平面。
8.根据权利要求5、6或7所述的浮力致动器，其中，所述内部支撑结构包括中间芯部， 所述支柱从所述中间芯部径向延伸。
9.根据权利要求6、7或8所述的浮力致动器，其中，每个支柱被设置为在径向外端形成 各自的小平面。
10.根据权利要求6到9中任一项所述的浮力致动器，其中，在所述支柱端部上的小平 面连接于邻近的小平面以提供所述本体的整体性。
11.根据前面任一项权利要求所述的浮力致动器，其中，所述内部结构为有浮力的结构。
12.根据权利要求11所述的浮力致动器，其中，所述浮力通过将有浮力的材料例如泡 沫材料结合到至少一些所述支柱和/或所述中间芯部的结构中来提供。
13.根据前面任一项权利要求所述的浮力致动器，还包括用于打开所述浮力致动器的 内部以允许海水流过的装置，以响应所述浮力致动器经受剧烈的海况。
14.根据权利要求13所述的浮力致动器，其中，所述用于打开浮力致动器的内部的装 置包括用于在外部形成开口的装置。
15.根据权利要求14所述的浮力致动器，其中，多个小平面被配置为铰接的薄片，每个 薄片在闭合位置和打开位置之间枢轴移动，所述闭合位置为薄片正常处于的位置，并且所 述闭合位置位于所述小平面的平面内，在所述打开位置上，所述薄片向外摆动以在外部表 面上形成开口。
16.根据权利要求15所述的浮力致动器，其中，每个小平面包括一对铰接在一起的薄 片，用于在闭合位置和打开位置之间枢轴移动。
17.根据权利要求15或16所述的浮力致动器，其中，每个薄片向着其闭合位置偏置。
18.根据权利要求15、16或17所述的浮力致动器，其中，设有可释放的联结件，用于将 每个薄片可释放地保持在闭合位置上。
19.根据权利要求18所述的浮力致动器，其中，所述可释放的联结件适于促使释放所 述薄片，以允许其从闭合位置移动至打开位置，从而形成开口来响应不利的天气条件。
20.根据权利要求19所述的浮力致动器，其中，所述可释放的联结件包括磁性联结件。
21.根据权利要求20所述的浮力致动器，其中，所述磁性联结件包括多个磁铁，所述磁铁被设置在沿着各自的薄片的自由边缘的多个位置上和/或沿着邻近小平面的相应边缘 的多个相应位置上。
22.根据权利要求20所述的浮力致动器，其中，所述本体包括36个小平面，其中具有 24个六边形的小平面，至少一些所述六边形的小平面被配置为两个半六边形薄片。
23.根据权利要求22所述的浮力致动器，其中，每个六边形的小平面包括两个半六边 形薄片。
24.一种浮力致动器，包括本体和装置，所述本体具有外部表面和中空内部，所述装置 用于打开内部，以允许海水流动通过，从而响应该浮力致动器经受剧烈的海况。
25.一种浮力致动器，其用于浸没于海水体中，所述浮力致动器包括本体和封闭部，所 述本体具有外部表面和适于容纳海水体的海水的中空内部，所述本体包括多个用于流体在 所述中空内部和环绕的海水体之间流动的开口，所述封闭部用于每个开口以堵塞或至少抑 制流体流动通过所述开口，所述封闭部适于响应施加于其上的所述内部空腔和环绕的海水 体之间的预定流体压力差而移动远离所述开口以允许流体流过。
26.一种浮力致动器，用于浸没于海水体中，所述浮力致动器包括本体和流动控制装 置，所述本体具有适于容纳来自环绕的海水体的海水的中空内部，所述本体具有多个开口， 海水能够通过所述开口在该所述中空内部和海水体之间流动，所述流动控制装置用于控制 通过所述中空内部的流动，所述流动控制装置具有用于堵塞或至少阻碍流体流动穿过本体 的第一位置和允许流体流过所述中空内部的第二位置。
27.根据权利要求26所述的浮力致动器，其中，所述本体具有外部表面，所述多个开口 设置于所述外部表面上。
28.根据权利要求26或27所述的浮力致动器，其中，所述流动控制装置包括用于堵塞 或至少抑制流体流动通过每个开口的封闭部，所述封闭部适于远离开口移动，以允许流体 流动通过。
29.根据权利要求28所述的浮力致动器，其中，所述封闭部被配置为薄片，其可在闭合 位置和打开位置之间移动，所述闭合位置位于所述外部表面的平面内，在所述打开位置上， 所述薄片摆动离开，以在所述外部表面上形成开口。
30.一种浮力致动器，其用于浸没于海水体中，所述浮力致动器包括本体和装置，所述 本体具有外部表面和中空内部，所述外部表面被配置为与环绕的海水粘性地结合，所述装 置用于在所述外部表面上形成开口，以允许流体在环绕的海水和所述中空内部之间流动。
31.一种浮力致动器，其用于浸没于海水体中，所述浮力致动器包括本体和封闭部，所 述本体具有外部表面、中空内部和多个开口，所述外部表面被配置为与环绕的海水粘性地 结合，所述开口用于流体在所述中空内部和环绕的海水之间流动，所述封闭部用于每个开 口以堵塞或至少抑制流体流动穿过每个开口，所述封闭部适于响应施加于其上的在所述中 空内部和环绕的海水之间的预定的流体压力差而移动远离开口以允许流体流过。
32.根据权利要求31所述的浮力致动器，其中，所述封闭部被配置为薄片，其可在闭合 位置和打开位置之间移动，所述闭合位置位于所述外部表面的平面内，在所述打开位置上， 所述薄片摆动离开以在所述外部表面上形成开口。
33.一种波能转换系统，其包括根据前面权利要求中任一项所述的浮力致动器。
34.根据权利要求33所述的波能转换系统，其中，所述浮力致动器被可操作地连接于能量转换装置，以将波浪运动转变到能量转换装置上。
35.一种参考附图在这里大致描述的浮力致动器。
36.一种参考附图在这里大致描述的波能转换系统。
全文摘要
一种浮力致动器，其响应海水体中的波动可操作地将波动耦合到一装置。该浮力致动器包括大体上球形的本体，该本体具有外部表面和适于容纳来自海水体的海水的中空内部。该外部表面包括多个呈棋盘格状的小平面。设有36个小平面，其中包括12个五边形的小平面和24个六边形的小平面。该本体包括多个开口，用于流体在中空内部和环绕的海水体之间流动。设有被配置为薄片的封闭部，用于堵住或至少抑制流体流过每个开口，该封闭部适于移动远离开口以允许流体流过，从而响应施加于其上的、且位于中空内部和环绕的海水体之间的预定的流体压力差。
文档编号F03B13/10GK101970855SQ200880125578
公开日2011年2月9日 申请日期2008年12月17日 优先权日2007年12月17日
发明者彼得鲁·廷克, 艾伦·罗伯特·伯恩斯, 马特·基思 申请人:卡内基波能有限公司