專利名稱:提取波浪能量的浮體式設備及其提取方法
本發(fā)明涉及從一水體中的波浪運動提取能量的裝置。更具體地說，本發(fā)明涉及利用一浮體、一活塞-唧筒泵和一錨塊以從波浪運動提取能量。
各種試圖從水體中的波浪運動和從風中提取能量的裝置已在相當長的時間內為人們所共知。例如，授予?？怂沟热说拿绹鴮＠?，421，461號公開一水波動力活塞泵。該活塞泵被安裝于一搖籃上。該搖籃是由上平板和下平板兩個平板組成的。上平板的上邊部通過一保護性環(huán)(sacrificial link)固定在浮體的上邊部，而上平板的下邊部通過一軛架固定到伸展出唧筒的底的泵活塞桿。該搖籃的下平板的上邊部附裝在泵唧筒，而下平板的下邊部通過一柔韌采繩附裝到錨塊上。一多重環(huán)形地間隔的彈力彈簧在唧筒之外環(huán)繞泵唧筒。該彈簧連接在搖籃的上平板和下平板之間。一聚合物球支撐在活塞的上部表面并通過一壓縮彈簧偏置鎖板將該球保留在其中。當該浮體上升時，泵唧筒內的壓縮彈簧被壓縮，而該壓縮彈簧壓縮著彈簧偏置鎖板和活塞之間的聚合物球。該聚合物球由于被壓縮而徑向膨脹并密封唧筒以阻止通過活塞的漏泄。同樣，當該泵上升時，唧筒外多重環(huán)形地間隔的彈力彈簧被拉緊并被用作外部回復彈簧，當該浮體在一波谷上而下降時，在該泵活塞的下行沖程或回填沖程中推動該泵活塞。
授予奧諾的美國專利第4，398，095號公開一浮體式的波浪激勵的電力發(fā)電系統(tǒng)。一活塞-唧筒式泵被錨定在一水體的底部，而其浮體則連接到該活塞上。當該浮體在一波峰上而上升時，該活塞被提升并把水從泵中排放到一高位蓄水池中。奧諾利用水體的表面上的空氣和水體中該活塞唧筒泵間流體壓力差值，當該浮體因一下沉的波浪而下降時，向下推動唧筒中的活塞。由于流體壓力的這樣應用而不是應用浮體和錨塊之間的回彈拉力，所以奧諾的裝置是從水體的底部堅固地支撐起來，以便承受向下的流體壓力。因此水體的底部必須是可以達到的，這樣如果不是限制可使用奧諾系統(tǒng)的水的深度，那么就需要附加的、昂貴的設備以放置和維修該系統(tǒng)。
授予梅爾里的美國專利第4，104，006號公開一風力能量轉換裝置。該裝置包括通過鋼繩連接到活塞-唧筒式泵的活塞上的一對折翼。一拉力彈簧被連接在活塞與在其上安裝以活塞泵的平臺間。當風力提升該折翼時，該鋼繩向上拉動活塞并拉緊該彈簧。當風力降低時，該彈簧向下拉回活塞。梅爾里裝置沒有用到或需要一浮體，而是牢固地安裝于平臺或地面上。
先有技術的提取波浪能量的裝置的缺點在于它們相對來說在制造和維修方面是復雜且昂貴的。由于發(fā)展提取波浪能量的設備的主要目的是降低提取能量的成本，包括在制造和維修該提取波浪能量的設備的成本對于該設備的實用性來說是一個很重要的因素。因此，在本技術領域：
內需要一種在制造和維修方面是極廉價的提取波浪能量的裝置。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種在制造和維修方面極為便宜的提取波浪能量的設備，甚至達到消耗性的程度，即當裝置變成不起作用而把它簡單地加以置換來說仍然是廉價的。本發(fā)明通過連接機械拉緊裝置如一拉力彈簧或重錘和系繩于活塞和活塞-唧筒泵的唧筒之間，而該泵則可往復運動地、可撓曲地連接在一浮體和一水體中的錨塊之間。這種早先未知的組合創(chuàng)造出早先實現不了的簡單和經濟的提取波浪能量的設備，而這種設備可應用于任意實際的水體深度中。
本發(fā)明的另一個目的也提供一種提取波浪能量的設備，在該設備中由波浪產生的一部分提升浮體的能量被傳輸到一臨時能量存貯裝置如彈簧或運動的重錘，使得賦予浮體的原能量的部分當該浮體回復到它的較低位置時被給回到系統(tǒng)之中。
因此，本發(fā)明的提取波浪能量的設備包括一往復式的泵可撓曲地連接在一浮體和一錨塊之間。該泵包括具有一頂端部和一底端部的唧筒和在該唧筒中可往復運動的活塞。該活塞有一連接到該活塞并伸展出該唧筒的底部的活塞桿。該錨塊是可撓曲地連接到該活塞桿的外端部，并相對于唧筒而錨定該活塞桿。該浮體連接到該唧筒，并在響應一上升的波浪運動使唧筒相對于活塞作上行沖程運動。一機械拉緊裝置用機械方法連接在該唧筒和活塞間以便維持該活塞和唧筒間的回彈拉力。該機械拉緊裝置的一種形式為一用機械方法連接在該唧筒和活塞間的拉力彈簧。該機械拉緊裝置的另一種形式為一重錘和系繩。該系繩從一與活塞牢固的連接通過一與唧筒可滑動的連接延伸到一與重錘牢固的連接。系繩對于唧筒的可滑動的連接可為一簡單滑輪。唧筒連接以一入口止回閥和一出口止回閥。當浮體響應一上升的波浪運動而上升時，作上行沖程運動的唧筒通過出口止回閥排出水。當浮體響應一下降的波浪運動而下降時，該機械拉緊裝置使唧筒相對于活塞作下行沖程運動，并通過入口止回閥抽汲水入唧筒中。可將一導管連接到出口止回閥并延伸到一被抽汲的水可對如發(fā)電等應用是有用的地方。
在本發(fā)明的另一個實施例中，該活塞桿密封地伸展出該唧筒的頂端部。該浮體連接到活塞桿的外端部，而該錨塊則可撓曲地連接到該唧筒。如前所述該機械拉緊裝置用機械方法連接到該唧筒和活塞之間。在一個形式中，該機械拉緊裝置為一用機械方法連接在該唧筒和活塞間的拉力彈簧;而在另一形式中，該機械拉緊裝置為一重錘和系繩。該系繩從一與唧筒牢固的連接通過一與活塞可滑動的連接延伸到一與重錘牢固的連接。在此實施例中，當浮體響應一上升的波浪運動而上升時，浮體使活塞相對于唧筒作上行沖程運動，并通過出口止回閥排出水。當浮體響應一下降的波浪運動而下降時，該機械拉緊裝置使活塞相對于唧筒作下行沖程運動，因而通過入口止回閥抽汲水唧筒中。
本發(fā)明的一個優(yōu)點在于提供一簡單的、極廉價的提取波浪能量的設備，該設備依次可包括連接到一活塞或唧筒的一浮體、一單一拉力彈簧或一單一重錘和連接在該活塞和唧筒之間的系繩，及一可撓曲地連接到不與浮體連接的活塞或唧筒之一的錨塊。該設備在概念上、操作上和維修上是極其簡單的、可由泡沫聚苯乙烯和聚合物以極廉宜的成本制造，因而是消耗性的。如需對設備進行維修時，維修工作是非常簡便且是直截了當的，因為該裝置本身是極其簡單的。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于對于如潮汐的變化所造成的水體的深度的差異提供自動調節(jié)。
參照下列附圖的實例使人們對本發(fā)明有更好的認識圖1為本發(fā)明的提取波浪能量的設備的示意圖，其中浮體連接到唧筒而錨塊連接到活塞;
圖2為本發(fā)明的一個實施例的部分示意圖，其中浮體可連接到活塞而該錨塊則可連接到該唧筒;
圖3為本發(fā)明的提取波浪能量的設備的一個實施例的示意圖，其中該泵包含在浮體中;
圖4為圖3的另一個可供選擇的實施例，其中用一重錘和系繩替代該彈簧;
圖5為該提取波浪能量的設備的一個實施例的示意圖，其中該泵是設置在水體的底部的一水平位置上，并用兩個浮體操作該泵;
圖6為用以抽汲地下水井的提取波浪能量的設備的一個實施例;
圖7為用以操縱安裝于該提取波浪能量的設備的燈標的提取波浪能量的設備的一個實施例的示意圖;
圖8為圖1的復制圖，該圖重新對各部分進行標號以作詳細說明的目的之用;
圖9為圖2的部分示意圖的全貌圖，該圖重新對各部分進行標號以作詳細說明的目的之用;
圖10為保護提取波浪能量的設備避免過額波浪運動的至少一個實施例的應用和裝置;
圖11為圖8的另一個可供選擇的利用一重錘和系繩作為機械拉緊裝置的實施例;
圖12為圖9的另一個可供選擇的利用一重錘和系繩作為機械拉緊裝置的實施例。
現參照附圖，特別參照圖1，說明了本發(fā)明的一個實施例的示意圖。整個系統(tǒng)由總標號10表示。它包含一由總標號12表示的浮在海洋16的水表面或波浪表面14的浮體系統(tǒng)。一柔韌的拉緊裝置或系繩18將浮體連結在一包含一唧筒22和一活塞30的泵系統(tǒng)20。一能量存貯裝置如一機械彈簧34被放置于該唧筒22和該活塞30之間。順服性部件或順服裝置34在點33上連結到該唧筒而在點31上連結到該活塞。當然，如果需要時，可將之設置在唧筒之外部。例如，該順服裝置可連接于唧筒22的外部與活塞桿32之間。傳統(tǒng)的密封墊24可用于使活塞桿32通過。傳統(tǒng)的止回閥26和28當然也是必需的。
順服裝置或順服性部件或彈簧34為一能量存貯裝置。這裝置從浮體(當該浮體上升時，拉緊該彈簧)接受能量，而當浮體下降時，又將能量放出。
該順服裝置的目的有若干個1 當潮汐提升整個水表面時，它容許延伸系繩的長度，以容許浮體漂在波浪的頂部;
2 它保持系繩在拉緊狀態(tài)，以使它在活塞上的作用象一剛性的“推桿”。當浮體下降時，由于柔韌的系繩不能推動活塞使之在唧筒中向上移動，該彈簧將活塞拉入唧筒中(并抽汲水進入唧筒內);
3 它使柔韌系繩系統(tǒng)象剛性系繩系統(tǒng)工作，但較剛性系統(tǒng)更為簡單且便宜并可就任意水深迅速加以調整。
其它能量存貯的方法將聯系圖4加以說明。這能量存貯裝置包括一柔韌綱繩92裝附在活塞頂部的點31上。鋼繩92穿過一附裝在該浮體的一支座90上的滑輪91，并向下通過一通道(或管)94連結到選擇了重量的重錘93。鋼繩92中的拉力起著與彈簧34中的拉力相同目的的作用，即該彈簧34及該重錘和鋼繩保持在活塞30和唧筒22間的回彈拉力，除了該鋼繩提供一恒定力而不是一可變力之外是與彈簧34相同的。同樣，鋼繩92中的拉力可通過改變重錘93而加以改變。
圖2為圖1的系統(tǒng)的復制圖，除了該浮體現在是通過拉緊裝置18連結到活塞桿和唧筒22A通過拉緊裝置18A連結到錨定裝置外，是與圖1相同的。各部件使用對應的圖1的標號。更具體地說，圖2的實例提供一利用從水體中波浪運動的能量以抽汲水的設備，該設備包括一底端部密閉的唧筒22A而其頂端部具有一開孔24A;一在所述唧筒22A中可往復運動的活塞30A;在所述唧筒中的一入口和一出口;及一入口止回閥26A與所述入口連通和一出口止回閥28A與所述出口連通。一管線(未示于圖中)可連接于所述出口止回閥并延伸到一需要使用所抽汲的水的區(qū)域。圖2中的設備也包括一活塞桿32A附加在所述活塞30A并密封地伸展出所述唧筒22A中的頂部的所述開口24A;一錨定裝置(未示于圖中)附加在所述唧筒上;一浮體裝置(未示于圖中)附加在所述唧筒的外部的所述活塞桿32A上，從而使所述活塞30A在響應波浪運動時相對于所述唧筒22A作往復運動;及一在所述唧筒內并伸展在所述唧筒的內底部和所述活塞間的拉力彈簧34A，所述彈簧在所有的時間內保持所述浮體受向下拉力的作用。在圖2的設備中，所述浮體裝置是通過一鋼繩或系繩18連接到所述活塞桿32A。同樣，在圖2的設備中，所述的錨定裝置是通過一鋼繩或系繩18A連接到所述唧筒22A。
圖3示出圖1的另一種變化。這種變化是將所述唧筒22B和順服裝置34B放置在浮體12B之中。這個系統(tǒng)由總標號40表示。該浮體的垂直延伸體19對封閉該順服裝置或彈簧34B極為有用。該彈簧被附裝在延伸體的頂端部的點33B上和在該活塞的點31B上。該活塞30B具一活塞桿32B伸展通過密封套24B到連結該活塞到海底38的該錨塊36的拉力部件18B。
如圖1、2和3所示將清楚看到，象在本技術領域：
中公知的，該唧筒必須在入口和出口處被提供以傳統(tǒng)的止回閥。該唧筒也可如圖1和3中所示附裝在浮體上或如圖2所示附裝在錨塊上。
在圖3中，標記成23的活塞之上的空間顯示為一封閉容積。如將這空間填充以空氣，在對抗彈簧的力上，它起著如一順服裝置的作用。這種問題可用若干方法加以克服。例如，可通過在該唧筒壁的頂部采取打開一個開孔25的方法而擴大該容積23到包括浮體中的所有容積。處理該問題的另一個方法將是通過采用例如閥21把該唧筒的頂部通向大氣。
存貯能量的方法如眾所周知也有若干種。最簡單的方法之一是將能量作為在一被壓縮的順服裝置如一壓縮氣體或被壓縮的(或伸展的)彈簧中的位能而存貯起來。另一種是將能量作為提升到地面之上的物質的位能而存貯起來。圖1、2和3說明以壓縮(或伸展)的彈簧的形式存貯能量的方法。其它方法則在圖4中說明。
現參照圖4，一浮體12C，唧筒22C，活塞30C以及系繩18G和錨塊36均與圖3中的那些部分相同。然而，彈簧34被附裝到活塞的31處柔韌的拉緊裝置或鋼繩92所替代，該柔韌的拉緊裝置或鋼繩92向上通過支承在該浮體12C的支柱90上的滑輪91之上。而后鋼繩92向下通過一個開孔通道(可能為一條封裝在浮體中的管孔)而到一重錘93。當該浮體上升時，該活塞停留在它的高度上，而重錘以兩倍于浮體的升率上升，及流體從唧筒的底端部被排出。當波浪下降時，浮體下降，而活塞被鋼繩92所支持，其效果則使活塞在唧筒內向上運動并抽汲流體進入唧筒中。
另一個示于圖5中的實施例是用包含著一唧筒和一活塞的泵作為提取能量的裝置。這里有兩個分系統(tǒng)。第一分系統(tǒng)包含一浮體60和連結到該浮體的拉緊部件18D。第二分系統(tǒng)提供一浮體60A和連接到該浮體的拉緊部件18F。這兩浮體系統(tǒng)大略地相等。該兩浮體相隔一水平距離D，大約等于沿一垂直于波前的方向上測量的表面波的波長的一半。因此，該兩浮體將在相位相差180度的情況下上和下運動而工作的。
從第一分系統(tǒng)的拉緊部件18D和從第二分系統(tǒng)的拉緊部件18F分別到達獨立滑輪64和64A，該兩滑輪是在該兩浮體所通過的垂直平內并錨定到海底。一唧筒62被錨定在連接該兩滑輪64和64A的直線上，使得從活塞70的兩端部伸展出去的活塞桿72和72A將與滑輪間的拉緊部件共軸線。當然，將須使用傳統(tǒng)的閥門。雖然未于圖中示出，但會在唧筒的每一端部提供以密封套，使得活塞桿可滑動地密封在該唧筒的內部容積中。
圖6表示另一個實施例，其中一泵是通過具有改進的能量存貯順服裝置34F，及一拉緊部件18F和一海底38上的錨定點36的一浮體系統(tǒng)60B供給能量的。在這種情況下該泵可為一水中或油井中的管狀泵，該泵則用傳統(tǒng)的吸管桿82操作的。該吸管桿直接連結到該浮體60B。而泵的出口可設在84處。
圖7表示一不同的實施例的示意圖，其中提取能量裝置是電性的，而產生的能量被用在點亮安裝在浮體上的燈標。整個系統(tǒng)，除了一錨定鋼繩或柔韌的拉緊部件18C及在海底38的點36的錨定系統(tǒng)外，都被浮體40所包含。
該系統(tǒng)由總標號50所表示，并包含浮在水體16的表面14的浮體40。再者，該順服裝置34C在點33處被連結到該浮體上及在點42處被連結到拉緊裝置18C上。該柔韌的拉緊裝置18C驅動在發(fā)電機58的轉軸上的一滑輪44，該發(fā)電機是在浮體內部由浮體支承的。發(fā)電機的引線46通過一整流器44A通到蓄電池48，當波浪高度變化時該蓄電池存貯發(fā)電機的變化著的電能輸出。適宜的引線56將從蓄電池通到安裝在浮體的頂部的支架54上的燈標52。
圖8表示一基于圖1的提取波浪能量或泵設備的實施例的一個實例，以總的標號100表示之。設備100通常由一浮體裝置102，一錨定裝置104及一以總標號106表示并連接于該浮體裝置102及該錨定裝置104之間的提取能量裝置組成的。在這實施例中，該提取能量的裝置106為一泵裝置，該泵裝置是由一唧筒108組成的。該唧筒108正常地被該浮體裝置102和該錨定裝置保持在一通常是垂直的位置上，而在實施例的實例中具有以標號110表示的頂端部和以標號112表示的底端部。為有效地操作，唧筒108的底端部112須為閉合的，而該唧筒的頂端部110則須開孔通到如大氣或水體134。如該頂端部是待通到水體134時，則簡單地使該頂端部開口即可。
該泵裝置106進一步包含一在唧筒108內可作往復運動的活塞114和一活塞桿116，該活塞桿有以標號118表示的一第一端部連接到活塞114，和以標號120表示的一第二端部密封地伸展出唧筒108的底端部112。該活塞桿116可通過傳統(tǒng)的填密墊或密封套可滑動地與唧筒108的底端部112密封起來?；钊麠U116的第二端部120連接到錨定裝置104。該錨定裝置104限制活塞114的向上運動及活塞桿116相對于唧筒108和浮體裝置102的運動。
在圖8的實施例的實例中，該唧筒108進一步包括唧筒的一入口122和一出口124，以及一入口止回閥126連接到入口122和一出口止回閥128連接到出口124。該入口止回閥126容許水通過入口122流入唧筒108中而不會從該入口流出。該出口止回閥128容許水通過出口124從唧筒108流出而不會流入該出口。
該泵裝置106進一步包括一機械拉緊裝置103，該裝置用機械方法連接在活塞114和唧筒108間，以用作保持活塞114和唧筒之間的回彈拉力及用作在響應一下降的波浪運動使唧筒108相對于活塞作下行沖程運動。該機械拉緊裝置130可連接在唧筒108上或設備100上和活塞114上的任意位置間，而這些位置既不會干擾活塞114的往復運動的也容許該機械拉緊裝置130保持活塞114和唧筒108間的回彈拉力且還保持唧筒108和浮體裝置102受向下拉力的作用。該機械拉緊裝置須校準其尺寸，以在活塞114和唧筒108間保持足夠的拉力，使浮體102在所有預期的水、波浪或潮汐水平位上依水的表面而被保持在拉緊狀態(tài)。所選擇的拉力須使設備100保持在一通常是垂直的取向，并在所有預期的水或潮汐水平位上依每個波浪而使浮體102和唧筒108上升或下降時仍容許活塞114基本上在唧筒108的內部作上下行沖程運動。
該浮體裝置102連接到唧筒108，并在水體134的波浪132通過而使浮體裝置上或浮下時，捕獲必需的波浪能量以使該唧筒108相對于被錨定的活塞114作往復運動。最好將該浮體裝置102連接在接近唧筒108的頂端部110處。在圖8的實施例的實施中，該浮體裝置102是用一柔韌的拉緊裝置136如一鋼繩或鏈連接到唧筒108。該錨定裝置104須可撓曲地用一柔韌的拉緊裝置138如一鋼繩或鏈連接到活塞116。
在操作中，當該浮體裝置102在一通過的波浪上浮起時，唧筒108相對于被錨定的活塞桿114和活塞桿118被拉向上。在圖8的實施例中，入口126和出口128都設置在唧筒108上位于該唧筒的底端部112和活塞114相對于唧筒108的往復行程的最低位置之間如示于圖8中的位置上。因此，當該浮體裝置102和唧筒108在該波浪132上升起時，被錨定的活塞的向下相對運動逼使水通過出口止回閥128從唧筒108中流出，并賦予機械拉緊裝置以能量。當浮體裝置102和唧筒108隨一波浪132而下降時，該機械拉緊裝置130將唧筒108拉向下，而活塞114的向上進入唧筒的相對運動則通過入口止回閥126將水抽汲入唧筒中。
如圖8的實施例的實例中所示的，該機械拉緊裝置130可包括一亦用標號130表示的彈簧連接在活塞114和唧筒108之間。該彈簧可以任意方式進行連接以保持活塞和唧筒間的回彈拉力。如圖8中說明的那樣，彈簧130可在唧筒內部連接在活塞114和唧筒的頂端部110之間。在圖8中所示的入口126和出口128的構型中，活塞114可選擇成用以密封地隔開彈簧130封裝在一基本上水封的彈簧室140中。這種將彈簧與水的接觸隔離開來的作法對延長彈簧130的壽命是需要的。如果彈簧130是被隔離開來，設備100的效率須通過在彈簧室140開孔并通到表面、通過擴大唧筒108和彈簧室140或通過采取其它的措施以降低密閉的彈簧室140對壓縮的阻力等而加以提高。當不需要將彈簧與水的接觸隔離開時，可任由唧筒108的頂端部110打開以提高設備100的效率。彈簧130也可設置在唧筒108的外部。例如，該彈簧130可連接在活塞桿116的第二端部和唧筒108的外部表面之間。
提取波浪能量的系統(tǒng)100也可包含一從出口止回閥128處連接的并可延伸到需使用該被抽汲的水的地方的管道142。
該機械拉緊裝置130，在圖8中以一彈簧作為示例，也可包含如圖11所示例的一重錘143和系繩144。系繩144由與活塞114牢固的連接145通過一與唧筒108可滑動的連接146延伸到一與重錘143的牢固連接147。雖然任意使系繩144與唧筒108的滑動接合的連接類型是可行的，但在最好的實施例中該可滑動連接146為一滑輪，也以標號146表示。該重錘143和系繩144可通過任意數目的滑輪以任意方式連接以保持活塞114和即筒108之間的回彈拉力。例如，系繩144可從活塞桿116的第二端部120通過一安裝在唧筒108的外部的滑輪連接到一重錘。重錘143和系繩144的應用在浮體裝置102的浮力大于適用彈簧的回彈力時特別有利。重錘143的尺寸和重量可根據所需保持的浮體裝置102和該泵裝置106之間的回彈拉力而加以改變。
圖9表示一基于圖2的提取波浪能量或泵設備的實施例的實例，以總標號150表示。該設備150過常包含一浮體裝置152，一錨定裝置154和一總標號為156的、連接在浮體裝置152和錨定裝置154之間的提取能量的裝置。在這實施例中該提取能量的裝置156是包含一唧筒158的一泵裝置。該唧筒158正常地被該浮體裝置152和錨定裝置154保持在一通常是垂直的位置上，而在實施例中有以總標號為160的頂端部和以總標號為162的底端部。為最佳地操作，該唧筒160的頂端部112須為閉合的，而該唧筒的底端部162須開孔，最好通到大氣或通到水體134。如頂端部110是待通水體134時，則可簡單地使該頂端部開口即可。
該泵裝置156進一步包含一在唧筒158內可作往復運動的活塞164和一活塞桿166，該活塞桿有以標號170表示的一第二端部連接到該活塞164，和以標號168表示的一第一端部密封地伸展出唧筒158的頂端部160。該活塞桿166可通過傳統(tǒng)的密封墊或密封套可滑動地與唧筒158的頂端部160密封起來。該活塞桿166的第一端部168連接到浮體裝置152。
在這實施例中，該錨定裝置154連接到唧筒108并限制該唧筒相對于活塞164和浮體裝置152的向上運動。最好，該錨定裝置154在接近唧筒的底端部162處連接到該唧筒108上。
在圖9的實施例的實例中，該唧筒158進一步包括唧筒的一入口172和一出口174，以及一入口止回閥176連接到入口172和一出口止動閥178連接到出口174。該入口止回閥176容許水通過入口172流入唧筒158中而不會從該入口流出。該出口止回閥178容許水通過出口174從唧筒158流出而不會流入該出口。
如示于圖9中，該泵裝置156進一步包括一機械拉緊裝置180，該裝置用機械方法連接在活塞164和唧筒158之間，以用作保持活塞164和唧筒158間的回彈拉力及用作在響應一下降的波浪運動使活塞168相對于唧筒作下行沖程運動。該機械拉緊裝置180可連接在唧筒158上或設備150上和活塞164上的任意位置間，而這些位置既不會干擾活塞164的往復運動也容許該機械拉緊裝置180保持唧筒158和活塞164間的回彈拉力且還保持活塞164和浮體裝置152受向下拉力的作用。該機械拉緊裝置須校準其尺寸，以在活塞164和唧筒158間保持足夠的拉力，使浮體152在所有預期的水、波浪或潮汐水平位上依水的表面而被保持在拉緊狀態(tài)。所選擇的拉力須使設備150保持在一通常是垂直的取向，并在所有預期的水或潮汐水平位上依每個波浪而使浮體152和活塞164上升或下降時仍容許活塞164基本上在唧筒158的內部作上下行程運動。
該浮體裝置152連接到活塞桿166，并在水體184的波浪182通過而使浮體裝置152浮上或浮下時，捕獲必需的波浪能量以使該活塞164相對于被錨定的唧筒158作往復運動。在圖9的實施例的實例中，該浮體裝置152是用一柔韌的拉緊裝置186如一鋼繩或鏈連接到活塞桿166。該錨定裝置154須可撓曲地用一柔韌的拉緊裝置188如一鋼繩或鏈連接到唧筒108。
在操作中，當該浮體裝置152在一通過的波浪上浮起時，該活塞桿166和活塞164相對于被錨定的唧筒158被拉向上。在圖9的實施例中，入口176和出口178都設置在唧筒158上位于該唧筒的頂端部和活塞164相對于唧筒158的往復行程的最高位置之間如示于圖9中的位置上。因此，當該浮體裝置102和活塞164隨該波浪182而升起時，該活塞164進入該唧筒158的向上相對運動逼使水通過出口止回閥178從唧筒內流出，并賦予機械拉緊裝置180的能量。當該浮體裝置102隨一波182而下降時，該機械拉緊裝置180將活塞164相對于錨定的唧筒158向下拉，而通過入口止回閥176將水抽汲入唧筒158中。
如圖9的實施例的實例中所示的，該機械拉緊裝置180可包含一也用標號180表示的彈簧連接在活塞164和唧筒158之間。該彈簧180可以任意方式進行連接以保持活塞164和唧筒158間的回彈拉力。如圖9中說明的那樣，該彈簧180可在唧筒158內連接在活塞164和唧筒的底端部162之間。在圖9所示的入口126和出口128的構型中，活塞164可選擇成用以密封地隔開彈簧與被抽汲入的水接觸，而唧筒158的底端部162可加以密封以封裝彈簧180在一基本上水封的彈簧室190中。這種將彈簧與水的接觸隔離開來的作法對延長彈簧180的壽命是需要的。如果彈簧是這樣被隔離開來時，設備150的效率須通過在彈簧室開孔并通到表面、通過擴大唧筒158和彈簧室190或通過采取其它措施以降低密閉的彈簧室190對壓縮的阻力等而加以提高。如果不需要將彈簧與水的接觸隔離開時，可任由唧筒158的底端部162打開以提高設備150的效率。彈簧180也可設置在唧筒158的外部。例如，彈簧180可連接在活塞桿166的第一端部168和唧筒158的外部表面之間。
該泵裝置150也可包含一從出口止回閥178處連接的并可延伸到需使用該被抽汲的水的地方的管道192。
該機械拉緊裝置180，在圖9中以一彈簧作為示例，也可包含如圖12所示例的一重錘193和系繩194。系繩194由與唧筒162的牢固的連接通過一與活塞164可滑動連接196延伸到一與重錘193的牢固連接。雖然任意使系繩194與活塞164的滑動接合的連接類型是可行的，但在最好的實施例中該滑動連接196是一也以標號196表示的滑輪、該重錘193和系繩194可通過任意數目的滑輪以任意方式連接以保持活塞164和唧筒158間的回彈拉力。例如，系繩194可從唧筒的外部表面158通過一安裝在活塞桿166的第一端部168的滑輪連接到一重錘。重錘193和系繩194的應用在浮體裝置152的浮力大于適用彈簧的回彈力時特別有利。重錘193的尺寸和重量可根據所需保持的浮體裝置152和泵裝置156之間的回彈拉力而加以改變。
在下面所討論有關圖10中，圖9的設備150是為說明的目的特別加以討論的，但須明確，這討論是意指應用本發(fā)明的所有水抽汲實施例。
圖10表示本發(fā)明的一個應用示例，也是一種從過額的波浪運動中保護設備150的至少一個實施例的裝置。如在圖10中所示，至少一個泵設備150被連接到水存貯裝置200。該水存貯裝置200是設置在水體204的水平位202和泵設備150之上。該水存貯裝器200可為蓄水池，沖擊管或任意至少能暫時保持和引導被提升的、被抽運的水并把位能存貯于其中的裝置。示于圖10中的被提升的水的應用示例為用于開動一透平發(fā)電機208。
從出口止回閥的管道192連接到水存貯置200。在圖10中管道192通過共用管道206連接到該水存貯裝置。一閥門裝置210設置在管道206中水體204的水平位202上，并在至少一個泵設備150之上，用以通過管道206打開或關閉泵設備和水存貯裝置間的連通性。管道192可獨立地連接到水存貯裝置200，并可在各管道192中有一閥門裝置206。
閥門裝置210可用于保護一泵設備192，該泵設備在唧筒158中從該機械拉緊裝置180位于活塞164對立邊具有入口172和出口174如圖9所示(或圖8，10和11)，其方法是將閥門裝置210關閉。關閉閥門裝置210支撐了泵設備150的出口止回閥178和活塞164反抗水壓，從而防止了活塞164和浮體裝置隨波浪而上升。在每個較前低的波谷的情況下，該泵設備150將抽汲更多的水進入唧筒158，由于活塞164和浮體裝置152不能升起以從唧筒排出水，浮體裝置152將下沉到較低的波谷水平位并保持停留在那里。閥門裝置210可以是人工操作的或為自動操作的裝置。
所敘述的泵設備的實施例可以廉價制造，其部件為易于獲得的和替換的部件，由塑料、聚合物、金屬、木材及泡沫聚苯乙烯制造。由于部件易于獲得(金屬、塑料或聚合物泵，閥及浮體等象各種材料的彈簧、鋼繩、鏈和錨塊等市場上是有供應的)，它們可能是由廉宜材料制成且只具有有限的壽命以便保持設備的成本為最低。
將會清楚見到，由于在各個實施例中存在的機械的存貯裝置，使之可能讓浮體隨波浪的上升或潮汐的上升而上升。由于拉緊部件通過該機械的存貯裝置而作用于浮體上的力足于保持該浮體在水14的表面上，并還足夠須服以容許該浮體在潮汐高漲時間上運動。當退潮后而波浪的水平位降低時，該機械的存貯裝置繼續(xù)提供容許浮體向下運動的拉力，并還在活塞和唧筒之間保持足夠的拉力以使設備正常地工作。
雖然對本發(fā)明的敘述是以某種程度的特殊性進行，但這里表明可對本發(fā)明的設備的結構細節(jié)和部件安排作出多種變化。這里認為，本發(fā)明并不限制于此處用作本發(fā)明的示例而敘述的特定實施例，本發(fā)明只是限制于所附權利要求
書的范圍，包括全部該權利要求
書所包羅的各元件和步驟。
權利要求
1.利用從水體中波浪運動的能量抽汲水的設備，其特征在于，該設備包含具有一頂端部和一底端部的一唧筒；在所述唧筒內作往復運動的一活塞，所述活塞包括連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桿；伸展通過所述唧筒的壁以從水體抽汲水入所述唧筒的一入口及伸展通過所述唧筒的壁以從所述唧筒排出水的一出口；連接到所述入口的一入口止回閥和連接到所述出口的一出口止回閥；可撓曲地連接到所述活塞桿的一錨定裝置用以相對于所述唧筒錨定所述活塞桿；連接到所述唧筒的一浮體裝置用以響應一上升的波浪運動使所述唧筒相對于所述活塞作上行沖程運動，由此所述作上行沖程運動的唧筒響應該上升的波浪運動通過所述出口止回閥排出水；用機械方法連接在所述唧筒和所述活塞的一機械拉緊裝置用以保持所述活塞和所述唧筒間的回彈拉力，并用以響應一下降的波浪運動使所述唧筒相對于所述活塞作下行沖程運動，由此所述作下行沖程運動的唧筒響應該下降的波浪運動通過所述入口止回閥抽汲水入所述唧筒內。
2.按照權利要求
1所述設備，其特征在于，其中所述機械拉緊裝置為一彈簧。
3.按照權利要求
1所述設備，其特征在于，其中所述機械拉緊裝置為一重錘和系繩，該系繩從一與所述活塞的牢固的連接通過一與所述唧筒的可滑動的連接延伸到一與該重錘的牢固的連接。
4.按照權利要求
3所述設備，其特征在于，其中所述浮體裝置以這樣一種方式連接到所述唧筒，使得當將所述泵設備放置在水體中時，所述浮體裝置浮在所述唧筒之上，而所述唧筒，重錘和系繩在所有時間內保持沉沒在水體中。
5.按照權利要求
1所述設備，其特征在于，所述設備進一步包含用以連接所述浮體裝置到所述唧筒的柔韌的拉緊裝置。
6.按照權利要求
1所述設備，其特征在于，其中所述唧筒的頂端部是開孔的。
7.按照權利要求
1所述設備，其特征在于，所述設備進一步包含設置在水體的水平位和所述泵設備之上的一水存貯裝置用以至少暫時性地存貯被抽汲的水;和連接從所述出口止回閥到所述存貯裝置的管道，從而至少有一個所述泵設備是連接到所述水存貯裝置。
8.按照權利要求
7所述設備，其特征在于，該設備進一步包含設置在所述管中水體的水平位和所述至少一個泵設備之上處的一閥門裝置用以打開或關閉至少一個泵水設備和所述存貯設備通過所述管道的連通性。
9.利用從水體中波浪運動的能量抽汲水的設備，其特征在于，該設備包含具有一頂端部和一底端部的一唧筒;在所述唧筒內作往復運動的一活塞，所述活塞包括連接到所述活塞并密封地伸展出所述唧筒的頂端部的一活塞桿;伸展通過所述唧筒的壁以從水體抽汲水入所述唧筒的一入口及伸展通過所述唧筒的壁以從所述唧筒排出水的一出口;連接到所述入口的一入口止回閥和連接到所述出口的一出口止回閥;可撓曲地連接到所述唧筒的一錨定裝置用以相對于所述活塞錨定所述唧筒;連接到所述唧筒的外部的所述活塞桿的一浮體裝置用以響應一上升的波浪運動使所述活塞相對于所述唧筒作上行沖程運動，由此所述作上行沖程運動的活塞響應該上升的波浪運動通過所述出口止回閥排出水;用機械方法連接在所述唧筒和所述活塞的一機械拉緊裝置用以保持所述活塞和所述唧筒間的回彈拉力并用以響應下降的波浪運動使所述活塞相對于所述唧筒作回彈性地下行沖程運動。
10.按照權利要求
9所述設備，其特征在于，其中所述機械拉緊裝置為一彈簧。
11.按照權利要求
9所述設備，其特征在于，其中所述機械拉緊裝置為一重錘和系繩，該系繩從一與所述唧筒的牢固的連接通過一與所述活塞的可滑動的連接延伸到一與該重錘的牢固的連接。
12.按照權利要求
11所述設備，其特征在于，其中所述浮體裝置以這樣一種方式連接到所述唧筒，使得當將所述泵設備放置在水體中時，所述浮體裝置浮在所述唧筒之上，而所述唧筒，重錘和系繩在所有時間內是沉沒在水體中。
13.按照權利要求
9所述設備，其特征在于，所述設備進一步包含用以連接所述浮體裝置到所述活塞桿的柔韌的拉緊裝置。
14.按照權利要求
9所述設備，其特征在于，其中所述唧筒的底端部是開孔的。
15.按照權利要求
9所述設備，其特征在于，所述設備進一步包含設備在水體在水平位和所述泵設備之上的一水存貯裝置用以至少暫時性地存貯被抽汲的水;和連接從所述出口止回閥到所述存貯裝置的管道，從而至少有一個所述泵設備是連接到所述水存貯裝置。
16.按權利要求
15的所述設備，其特征在于，進一步包含一閥門裝置，設置于所述管道中在水體的水平位及所述至少一個泵設備之上，用以打開或關閉所述至少一水泵設備與通過所述管道的所述水存貯裝置間的連通性。
17.將水體的波浪能量轉換成電能的方法，其特征在于，所述方法的步驟包含在水體中可撓曲地錨定一具有一活塞和一唧筒的往復泵;用機械方法將一機械拉緊裝置連接在所述活塞和所述唧筒之間;將一入口止回閥和一出口止回閥連接到所述唧筒上;將水表面上的一浮體連接到所述泵上;校準所述浮體和泵及所述浮體和泵間的連接以容許水體的上升的波浪運動提升所述浮體并使所述活塞相對于所述唧筒作沖程運動，從而通過所述出口止回閥用所述泵將水排出。校準所述機械拉緊裝置用以當浮體隨波浪運動而上升和下降時保持所述活塞和所述唧筒間的回彈拉力，及用以當浮體隨下降的波運動時利用該回彈拉力以使所述活塞相對于所述唧筒作沖程運動，從而通過入口止回閥從水體中抽汲水入到所述泵并保持所述浮體在水表面和所述泵之間的拉力;通過一管道將從所述泵抽汲的水傳送到所述水體的表面之上的一貯水箱;和利用在所述貯水箱中的水開動水力發(fā)電機以產生電力。
18.按照權利要求
17所述方法，其特征在于，其中所述浮體連接到所述泵的活塞上而所述錨塊連接到所述泵的唧筒上。
19.按照權利要求
17所述方法，其特征在于，其中所述浮體連接到所述泵的唧筒上而所述錨塊連接到所述泵的活塞上。
專利摘要
從水體中波浪運動獲取有用能量的設備和方法。該設備包括唧筒，在唧筒內作往復運動的活塞，連接活塞并密封地伸展出唧筒的活塞桿，連接活塞和唧筒以保持活塞和唧筒間回彈拉力的機械拉緊裝置，連接活塞桿或唧筒兩端部之一的浮體，可撓曲地連接活塞或唧筒不與浮體連接的另一端部的錨塊，連接到唧筒的入口和出口止回閥，及從出口止回閥延伸到需用水的地方的管道。該機械拉緊裝置可為彈簧或重錘和系繩。該設備和方法可用于開動水力發(fā)電機。
文檔編號F03B13/18GK87104861SQ87104861
公開日1988年4月20日 申請日期1987年6月19日
發(fā)明者湯姆·J·溫德爾 申請人:湯姆·J·溫德爾導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan