用于通过波的作用产生能量的系统的制作方法
【专利说明】用于通过波的作用产生能量的系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2012年6月4提交的美国临时专利申请S/N.61/655，095的优先权，该申请通过引用结合在本文中。
技术领域
[0003]本发明涉及一种用于通过波的作用产生能量的系统。更具体地，本发明涉及船舶的船体，该船体构成用于通过波的作用产生能量的系统的一部分或包含该用于通过波的作用产生能量的系统。
【背景技术】
[0004]本领域中存在用于通过波对船舶的船体以及其他浮动平台(本文统称为“船体”)的作用产生能量的系统和方法的领域中的众多示例。例如，通过援引纳入于此的第US-2009-0160191-A1号美国专利公开文本描述了用于通过波对船体的作用产生的电力的系统。第二可移动质量块通过船体(即第一可移动质量块)装载并且可相对于船体移动，第二可移动质量块作为改变其相对于船体的位置的结果而生成动能。在优选实施例中，机构随后将第二质量块相对于第一质量块移动的动能转换成电力。在这一示例中，船体是用于产生能量的系统的组成部分。
[0005]在用于通过波的作用产生能量的系统的其他示例中，船体仅仅承载或包含该系统。此处，作为用于通过波的作用产生能量的系统的组成部分、或者仅仅承载或包含这一系统的船体将被称为用于通过波的作用产生能量的该系统的一部分。
[0006]用于通过波的作用产生能量的这些系统的许多部分被详细描述。然而，很少(如果有的话)关注于作为这些系统的一部分的船体，尽管这些船体的形状、尺寸和定向可显著地影响生产这些系统的成本以及这些系统提供的能量的量两者。
[0007]本发明的目的是生产船体以降低生产用于通过波的作用产生能量的系统的成本以及增加这些系统产生的能量。
【发明内容】
[0008]本发明提供了作为用于通过波的作用产生能量的系统的一部分的船体。这些船体的形状、尺寸和定向使得这些系统成本较低并且增加这些系统产生的能量。
[0009]本发明的这些方面并非意味着排他性的，并且本发明的其他特征、方面和优点对于本领域普通技术人员而言在结合以下描述、所附权利要求书以及附图阅读时将是对显而易见的。
【附图说明】
[0010]通过参考附图一起阅读以下对实施例的详细描述，将更好地理解本发明的这些及其他特征和优点，其中:
[0011]图1是波周期的示意图；
[0012]图2是示出波长和波频率的表；
[0013]图3是船体的横截面；
[0014]图3A是船体的横截面；
[0015]图4是水线面的示意图；
[0016]图5是调谐的椭圆形船体的示意图；
[0017]图5A是具有外部压舱物保持装置的船体的示意图；
[0018]图6是单个船体的定向的示意图；
[0019]图7是另一单个船体的定向的示意图；
[0020]图8是通过构架(truss)连接的多个船体的定向的示意图；
[0021]图9是连接至固定系泊线和绞盘绳的多个船体的定向的示意图；
[0022]图10是连接至固定系泊线和多个绞盘绳的多个船体的定向的示意图；
[0023]图11是多个船体的相位阵列的示意图；
[0024]图12是单个船体的产生功率对比时间的图；
[0025]图13是两个船体的相位阵列的示意图；
[0026]图14是两个船体的产生功率对比时间的图；
[0027]图15是相位阵列的一个实施例的示意图；
[0028]图16是相位阵列的另一实施例的示意图；
[0029]图17是相位阵列的另一实施例的示意图；
[0030]图18是相位阵列的另一实施例的示意图；
[0031]图19是相位阵列的另一实施例的示意图；
[0032]图20是相位阵列的另一实施例的示意图；
[0033]图21是相位阵列的另一实施例的示意图；以及
[0034]图22是相位阵列的另一实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0035]本发明提供了构成用于通过波的作用产生能量的系统的一部分的船体。系统的其他部分可以是美国专利公开文本US-2009-0160191-A1中描述的系统的或者用于通过波的作用产生能量的任何其他系统的各部分。
[0036]本发明的优选实施例被设计成降低制造成本。海浪基于其频率可被划分成两组。一组包含具有以9秒为中心(中间频率)的频率的波，而一组包含具有以12秒为中心(长频率)的频率的波。如图1所示，9秒波的具有从峰值到相邻波谷的距离为207英尺(ft)的半波长，而12秒波具有368英尺的半波长。船体的最优长度在四分之一波长与四分之三波长之间。这里，如图2所示，对于9秒和12秒波这两者所使用的船体的最优长度将比12秒即长波的的波长的四分之一(即184英尺)长、且比9秒波长即中间波的波长的四分之三(即311英尺)短。一优选实施例具有200与280英尺之间的船体长度。
[0037]如图3所示，在另一优选实施例中，船体的横截面345是椭圆形，该椭圆形的横截面具有75英尺的垂直346长轴以及53英尺的水平349短轴。椭圆形的曲面壁使其比具有壁的平直部分的结构具有更大强度。进而，这允许使用较薄、较不昂贵的壁。
[0038]另外，这一椭圆形形状针对排水量和水线面进行了优化以自调谐到范围从7秒至15秒的多个波的频率。还可使用在随船体颠簸或起伏而增加或降低水线面方面与椭圆形类似的其他横截面几何形状，诸如，如图3A中所示的菱形形状。船体的椭圆形几何形状用于经由水线面的改变来将船体的相位调谐到波长，如图4所示，水线面是由船体和水线的交叉形成的平面。如图5所示，在给定惯性矩的情况下，随着椭圆形的水线面增加或降低，船体变得更加拉紧(stiffer)或更加松弛(softer)，从而使其调谐到较高或较低频率的波。在船体颠簸和起伏时，随着水线面增加并且船体变得更加拉紧，船体被调谐到较高频率的波，而随着水线面降低并且船体变得更加松弛572，船体被调谐到较低频率的波。
[0039]椭圆形的吃水确定了船体的静态水线面。随着吃水增加，水线上移至椭圆形更高处572，其随后具有较小水线面，这使船体松弛。随着吃水降低并且水线移动至接近于椭圆形的几何水平中心线571，船体的水线面增加，这使船体拉紧。
[0040]另外，随着船体的惯性矩增加，船体可被调谐到越来越长的波频率。通过在船体的船头或船尾处外部地添加质量块，船体的惯性矩增加而不会向船体添加附加体积。相比于添加船体体积以容纳用于创建与在船体内添加质量块的情况下类似的惯性矩所需的更多质量块，附加质量块的重定位要便宜得多。
[0041]加上或减去位于船体的船头和船尾外部的附加质量块还增加或降低船体的排水量，这进而增加或降低船体的惯性矩，而不会添加船体体积，这进而使船体的相位相应地调谐到更长或更短的波周期。
[0042]在另一优选实施例中，如图5A所示，船体501在其船头503处具有外部压舱物保持装置502，外部压舱物保持装置502还可位于其船尾处(未示出)。外部压舱物保持装置可包括用于悬挂模块式压舱物504(诸如混凝土块或金属片)的吊钩502、或其中可放入此类压舱物的保持架，或者本领域技术人员知晓的其他保持装置。模块式压舱物被添加到压舱物保持装置或从压舱物保持装置中减去。添加或减去此类压舱物相应地增加或降低了船体长度、排水量和惯性矩，以使船体的相位调谐成与较高频率或较低频率的波同相地工作，并且增加功率生成。
[0043]如图6所示，典型船体210沿着自船头212至船尾213的线211的惯性矩比沿着自左舷215至右舷216的线214的惯性矩更大。这将导致船体转向，使得自船头212至船尾213的线211与波218的方向217垂直，从而造成船体从左舷摇晃到右舷。应当注意，如本文使用的，风向与波的方向平行而与波前垂直。
[0044]为了建立会自我定向以使得自船头至船尾的线与波的方向平行的船体，必须增加沿着自左舷至右舷的线的惯性矩以使其大于沿着自船头至船尾的线的惯性矩。这在现有技术中已经通过增加船体沿着从左舷221至右舷222的线220的尺寸得以实现。然而，此类船体的材料成本以及制造和运输此类船体的成本是巨大的。
[0045]在一优选实施例中，如图8所示，多个船体(这里为两个，但可使用不止两个)303、304通过简单构架305保持在彼此平行的位置。构架保持船体隔开，以使得在第一船体的右舷侧与第二船体的左舷侧之间第一船体最接近于第二船体。选择船体306之间的距离，在某种程度上是使得沿着自最左边船体的左舷侧至最右边船体的右舷侧的线307的惯性矩超出沿着自船体的船头至船尾的线308的惯性矩。这将导致多船体结构自我定向，从而自船头至船尾的线308与波311的方向310平行。
[0046]在