本發(fā)明涉及海洋波能轉(zhuǎn)換器(wec)領(lǐng)域。更具體而言，本發(fā)明是一種能夠安裝至新的wec或加裝到現(xiàn)有的wec的設(shè)備，該設(shè)備為與用于提取波能的波能轉(zhuǎn)換器一起使用的一個或多個柔性管道提供改進(jìn)的可變浮力和增強(qiáng)的捕獲寬度，從而提高這種wec的效率和能量轉(zhuǎn)換能力。

背景技術(shù)：

特定的自由漂浮式波能類型的波能轉(zhuǎn)換器已經(jīng)通過本申請人的在先專利申請和授權(quán)專利公開，這些在先專利申請和授權(quán)專利為印度專利號239882的“自由漂浮式a型波能轉(zhuǎn)換器(freefloatingawaveenergyconverter)”、“自由漂浮式波能轉(zhuǎn)換器(freefloatingwaveenergyconverter)”(ffwec)/(美國專利號us20080229745)等、“一種改進(jìn)的自由漂浮式波能轉(zhuǎn)換器(animprovedfreefloatingwaveenergyconverter)”(iffwec)/【印度申請?zhí)?511/che/3458、wo2013014682a2、pct/in2012/000510、ep20120753590、ca2844023a1、cn103814211a、us20140157767】、以及名為“具有控制裝置的自由漂浮式波能轉(zhuǎn)換器(freefloatingwaveenergyconverterwithcontroldevices)”的美國申請。

上面引用的發(fā)明實質(zhì)上由漂浮在水體(即海洋表面)上且適應(yīng)于波形的入口和柔性管道構(gòu)成。柔性管道的口部與入口流體連通，其出口進(jìn)一步與動力輸出器和其他裝置流體連通。入口將空氣柱-水柱(slug)定量地供給至柔性管道中，空氣柱-水柱被橫波向前推動，在柔性管道中逐漸建立起壓力—這能夠用于驅(qū)動常規(guī)的水力發(fā)電機(jī)或者為了任何其他目的而泵送水。

本發(fā)明公開了用于增強(qiáng)和控制采用柔性管道提取波能的wec的浮力的特定的改進(jìn)。

在現(xiàn)有技術(shù)中，第2511/che/2011號印度申請描述了能充氣的管件1300、1302的使用，其中圖13b示出了一個實施例，該實施例具有特定的用于防止柔性管道在水體中下垂或下沉的裝置和方法。

這種布置還意味著使得柔性管道204的一段行進(jìn)到波谷之下直到一受控的深度，從而與水體的波高相比提高柔性管道204的振幅和有效波高。因此，柔性管道204的波能吸收能力將會與有效波高成比例地提高。為了將柔性管道暴露于較大的波陣面，柔性管道可以與迎面而來的波浪成角度地定向。

還參考印度專利申請20511/che/2011的圖1以及其中相應(yīng)的敘述，其中，由柔性管道204產(chǎn)生的壓頭被示出為有效波高、較少摩擦和其他損失的總和。

然而對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說明顯的是，為了產(chǎn)生實際條件下的壓頭，還將包含多個其他因素，諸如以特定的速度、摩擦和抵抗壓頭的排放率向前推動水柱所需要的力。除了這些力之外，當(dāng)柔性管道在水表面之下行進(jìn)時，還由于水在柔性管道的外表面上的摩擦而存在特定的摩擦損失。

因此，柔性管道204和能充氣的管件1300、1302的空氣段的有效寬度或捕獲寬度可能不足以防止所述布置在波峰之下下垂或下沉，特別是當(dāng)壓差(有效波高)增大時。

另外，將能充氣的管件1300、1302附接到柔性管道204的細(xì)節(jié)以及由這種布置獲得的附加的優(yōu)點(diǎn)沒有在之前的發(fā)明申請中討論。

本發(fā)明公開了具有特定的改進(jìn)、附加的特征和優(yōu)點(diǎn)的實施例的細(xì)節(jié)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，通過增大水段的捕獲寬度、有效波高或壓差并阻止柔性管道的下垂，加強(qiáng)采用用于提取波能的柔性管道的自由漂浮式波能轉(zhuǎn)換器的能量提取能力。

附圖說明

通過下文中結(jié)合附圖考慮的對優(yōu)選實施例進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。

圖1(a)示出了具有空氣和水柱但不具有壓頭的柔性管道；圖1(b)示出了導(dǎo)致“相移和波高損失”的壓頭。

圖2(a)、圖2(b)和圖2(c)分別示出了優(yōu)選實施例的側(cè)視圖、正視圖和俯視圖。

具體實施方式

說明和所附的附圖描述和例示出本發(fā)明的多種示例性實施例以形成和使用本發(fā)明，其不意欲以任何方式限制本發(fā)明的范圍。關(guān)于所公開的方法，呈現(xiàn)的步驟實際上是示例性的，并且因此這些步驟的順序不是必要的或決定性的。獲得所期望的結(jié)果的特定的設(shè)計原理在隨后的段落中討論。

圖1(a)示出了從頁面的左手邊向右手邊移動的波“wd”。柔性管道204與波1100同相地漂浮。入口將空氣柱1012和水柱1011定量地供給(dose)至一個或多個柔性管道204的口部中，(未在圖中示出)，其中沒有能量被提取，被示出為空的高位槽1120，在高位槽1120內(nèi)沒有水或者是“零”壓頭(ph0)且沒有考慮摩擦損失。

在此情況下，柔性管道204跟隨波1100，同時浮心“b”和重心“g”以及空氣柱和水柱1102/1101保持在相應(yīng)的峰和谷的中心。浮力(fb)和重量(w)作用于每個波的浮心(b)和重心(g)。然而，柔性管道的谷部由于其中的水的重量而稍微行進(jìn)至波谷之下。柔性管道204的振幅ap和波高“h”幾乎相同。

另一方面，圖1(b)示出了漂浮于水表面上的柔性管道，入口將空氣柱1011和水柱1012定量地供給至柔性管道204的口部中(未在圖中示出)。柔性管道提取波能并由此產(chǎn)生壓頭“phx”，壓頭“phx”由內(nèi)部具有一些水的高位槽1120表示。

空氣柱和水柱在壓力作用下從柔性管道204被泵送，穿過柔性管道的出口進(jìn)入所述槽1120，產(chǎn)生壓頭phx。以特定的速率和質(zhì)量流量以及流體摩擦抵抗壓頭phx泵送水會產(chǎn)生背壓hp，背壓hp作用于每個谷的cg，向后推動柔性管道204抵抗波的運(yùn)動。所述力可解析為水平分量hp(x)和豎直向下分量hp(y)。除此之外，水柱的重量“w”還在豎直平面中向下作用。

此外，由于柔性管道204跟隨波向前移動，所以柔性管道204的在水下行進(jìn)的部分在外側(cè)產(chǎn)生來自于水體的拉拽/摩擦“fw”。

g處的總的水平分量和豎直分量可解析為合成矢量“r”。

此外，浮力“fb”向上豎直地作用于浮心“b”。水平分量fy阻止柔性管道204的向前的運(yùn)動，而豎直分量提供提升力fx。

為了使上述的力平衡，水柱1011被向后推動并趨向于騎在前進(jìn)波的峰上，而空氣段1012之后移動且在波峰之下行進(jìn)。重心“g”和浮心“b”過于滯后(lag)。

這導(dǎo)致柔性管道204沿著合成矢量“r”的方向在前進(jìn)波1100的表面上施加水平壓力hp(x)+fw和豎直壓力hp(y)，導(dǎo)致相移并且使柔性管道204的振幅apx與波高h(yuǎn)相比減小特定的波高損失hl。因此，水柱的壓差“pd”也減小并且水柱開始下垂/下沉。前進(jìn)波可越過柔性管道的頂部，使其下垂或下沉。

因此，壓頭越大，相移越大，壓差越小且可提取的波能越小。

這還將使得水柱從一個谷段向另一個谷段向下流動，導(dǎo)致柔性管道下垂，無論之前的發(fā)明中所公開的實施例的能充氣的管件1300提供的附加的浮力如何。

本發(fā)明的一個實施例1330提供了克服上述缺點(diǎn)的解決方案。

圖2(a)、圖2(b)和圖2(c)示出了一個或多個柔性管道204，該柔性管道被適當(dāng)?shù)劐^定、以一角度面向波地定向、漂浮在水體(即海洋表面)上，并且適應(yīng)于波形。

其中，柔性管道204的口部與入口流體連通，其出口進(jìn)一步與動力輸出器和其他裝置流體連通，動力輸出器和其他裝置未在附圖中示出。

其中，入口將空氣柱-水柱1012-1011定量地供給至柔性管道中，空氣柱-水柱被橫波向前推動，在柔性管道中逐漸建立起壓力，這能夠用于驅(qū)動常規(guī)的水力發(fā)電機(jī)或者為了任何其他目的而泵送水。

其中，在一個或多個柔性管道204的外部上，多個水平支撐件1315沿著柔性管道204的整個長度附接。

其中，水平支撐件1315在兩側(cè)向外均等地延伸，沿著柔性管道204的整個長度均勻地間隔開。

其中，水平支撐件1315具有適當(dāng)?shù)目缍取?/p>

其中，水平支撐件1315均勻地且適當(dāng)?shù)亻g隔開。

水平支撐件1315可以是梁、肋等，優(yōu)選地由具有足夠拉伸強(qiáng)度以承受期望的長度和輪廓的持續(xù)的負(fù)載波動的耐腐蝕且重量輕的材料制成，所述材料諸如為合成材料，所述負(fù)載波動諸如為格狀構(gòu)造。

其中，至少兩個能充氣的管件1300沿著一個或多個柔性管道204的長度附接到水平支撐件1315上。

其中，能充氣的管件1300總體上布置為基本平行于柔性管道204。

其中，能充氣的管件1300可以附接到水平支撐件1315的上側(cè)、下側(cè)或兩側(cè)。

其中，能充氣的管件1300優(yōu)選地由被選擇性地充氣和放氣以改變其浮力的聚合材料或彈性橡膠等制成。

其中，能充氣的管件1300被選擇性地充氣和放氣以改變其浮力。

其中，能充氣的管件1300可具有較小的長度且以串聯(lián)的方式彼此流體連通地適當(dāng)?shù)鼗ミB。

其中，能充氣的管件1300的前端和后端處的開口通過氣動軟管1317與壓力源流體連通，所述壓力源諸如為增壓泵或壓力艙208、壓縮機(jī)，具有壓力調(diào)節(jié)器、控制器、微處理器等，這些未在附圖中示出。

通過增加能充氣的管件1300的數(shù)量和/或直徑以及水平支撐件1315的跨度，柔性管道的浮力和捕獲寬度可成比例地增加。

當(dāng)能充氣的管件1300被完全加壓時，沿著其整個長度的浮力將高至足以保持柔性管道204始終漂浮在水上方，即使柔性管道204完全充滿了水。

當(dāng)能充氣的管件1300被放空，且一個或多個柔性管道幾乎充滿水時，將不會增強(qiáng)浮力。因此，柔性管道和附接的裝置1330特別是在風(fēng)暴期間可沒入水中。通過將空氣泵送回能充氣的管件1300中，所述裝置可重新露出水面并恢復(fù)正常操作。

隨著能充氣的管件1300中的壓力被減小到一程度，底部段1300b由于水柱、柔性管道和附接的裝置1330的結(jié)合的重量而開始下沉。因此，來自底部段1300b的空氣將被擠出并且被推到能充氣的管件的頂部段1300a中，進(jìn)一步增大此處的浮力。

可見，可使得能充氣的管件的頂部始終保持在波峰上方，而其底部段處于波谷之下。

通過調(diào)節(jié)能充氣的管件1300中的空氣的體積，與波的相應(yīng)的波高h(yuǎn)相比，能充氣的管件和一個或多個柔性管道204布置1330的振幅ap以及壓差pd可變化至一大的程度。

另外，隨著能充氣的管件的底部段1300b下沉，作用于其外表面上的水壓隨著深度而增大，從而逐漸地壓縮/密封1300b內(nèi)的通道，這將阻礙/防止空氣在其頂部段之間自由地流動。

因此，能充氣的管件1300a的頂部段將始終保持在波峰上方，即將形成鎖相，從而防止柔性管道在波峰之下行進(jìn)；否則將導(dǎo)致下垂。

由于波從管的前端向后端行進(jìn)且如上所述地通過氣動軟管1317循環(huán)，因此能充氣的管件1300a/能放氣的管件1300b內(nèi)的空氣隨著波而被向前推動。

由于波的參數(shù)將會變化，因此波的高度和長度將變化，保證了各段之間的空氣柱和水柱的交換。出現(xiàn)這種情況時，能充氣的管件1300的受影響的段之間的空氣壓差將超過能充氣的管件的被擠壓部分1300b的密封極限，從而允許空氣在各段之間遷移。

因此，本發(fā)明的目的可通過采用前文段落中公開的裝置和方法來實現(xiàn)。

相同操作和布置原理的各種其他排列和結(jié)合也是可能的，但是將不在本文中提及。

本文所涵蓋的本發(fā)明的多個特性和優(yōu)點(diǎn)在前文的描述中列出。然而，應(yīng)該理解的是，本公開在許多方面僅僅是例示性的。

可以在不超出本發(fā)明的范圍的情況下在細(xì)節(jié)上進(jìn)行改變，特別是在形狀、尺寸和部件的布置方面的改變。