具有可调节的流体动力学特性的波浪能吸收器的制作方法

1.本发明涉及一种具有波浪能吸收器的波浪能捕获(wec)系统，该波浪能吸收器具有可调节的流体动力学特性。


背景技术：

2.世界正在向可再生能源过渡——这种过渡将需要开发所有形式的可再生能源，以向地球提供其所需的能量。一种潜在的可再生能源是波浪能——一种世界上所有大洋和海洋中可用的丰富且一致的能源。为此，需要提高波浪能捕获的效率和成本效益的手段。
3.然而，当前的波浪治理设备在其连续捕获波浪功率的能力方面受到限制，特别是在波动的海洋条件期间。波浪能利用设备的合适特性通常意味着这样的设备被优化用于在合适的海洋条件的特定窗口内利用波浪能。这种狭窄的有效性窗口通常意味着在所述窗口之外，例如在风暴的海洋条件下，除非被迫进入降低的操作状态，否则波浪能设备易于损坏和故障。
4.因此，期望提供一种波浪能利用设备，其不太容易受到风暴相关的损坏，同时使波浪能捕获最大化。


技术实现要素：

5.本发明涉及一种位于水体中以便捕获波浪能的波浪能吸收器，该吸收器被布置成改变其物理特性，以便增加或减小由于波浪运动而作用在其上的流体动力。关于本发明，吸收器被理解为wec系统的一部分，其响应于波浪而移动并将能量输入到wec系统的功率转换部分。
6.特别地，本发明涉及一种波浪能吸收器，其布置成改变其物理特性，以便在小波浪条件下增加作用在其上的流体动力，并且在大波浪条件下(例如在风暴期间)减小作用在其上的流体动力。由此，吸收器优选地布置成在更宽范围的波浪条件器件保持功能。
7.典型的波浪能捕获吸收器可以设计成考虑到最佳海洋条件，在该最佳海洋条件期间实现最佳波浪能捕获。任何小于或大于所述最佳海况的海况都可能导致这种波浪能捕获吸收器功能降低，或者甚至对附接到其上的任何驱动组件系统造成损害或过度磨损。为此目的，在较大的海况期间，波浪能吸收器可以退回到保护驱动组件系统的功能较差或非功能位置。例如，这样的位置可以处于增加的深度，或者定向成使得吸收器的主面平行于波浪方向定位，从而提供减小的流体动力载荷。在平静的海洋中，以及在这些功能较差或非功能位置期间，波浪能捕获吸收器不能利用可用的波浪能。
8.本发明提供了一种波浪能吸收器，其被布置成动态地调节其与吸收器的流体动力学特征相关联的物理特性。因此，这种调节增加或降低了吸收器的流体动力学性质。可以进行这种调节，以便在小波浪期间最大化能量的捕获，同时还在大波浪期间减少吸收器上的负载，使得仍然可以进行能量捕获，而不会有损坏附接到其的任何驱动组件的风险。
9.因此，根据本发明的一个方面，提供了一种用于波浪能转换(wec)系统的波浪能捕
获设备，该设备包括：吸收器部分，该吸收器部分具有与吸收器部分的流体动力学特征相关联的物理特性；并且其中，所述吸收器部分的物理特性以及所述吸收器部分的流体动力学特征被布置成能被调节。
10.在本发明的优选实施例中，该设备包括或通过附接构件固定到wec系统的驱动组件。在优选实施例中，该设备还包括调节机构，该调节机构被布置成执行对吸收器部分的物理特性的所述调节，并且进而执行吸收器部分的流体动力学特征的调节。因此，在一些实施例中，本文中对物理特性的任何“调节”的任何引用将被理解为可由设备的调节机构执行。在本发明的上下文中，术语“进而”将被理解为是指作为物理特性的所述调节的直接结果的流体动力学特征的相应调节。术语“物理特性”将被理解为用于指“一个或多个”所述物理特性，每个所述物理特性与相应的流体动力学特征相关联，其中两个或更多个所述物理特性可以与共同的相应流体动力学特征相关联。
11.术语“流体动力学特征”将被本领域技术人员理解为充当吸收器部分的流体动力学的量度或决定因素的任何特性。wec设计中感兴趣的典型流体动力学特征可以例如包括(但不限于)：例如起伏、浪涌、俯仰、摇摆和翻滚或其任何分量中的响应幅度算子(rao)；附加质量；阻力(例如，阻力系数)；辐射力；衍射力。将理解其他合适的流体动力学特征。
12.术语“物理特性”将被本领域技术人员理解为与流体动力学特征有关系的吸收器部分的任何物理特性。在优选的实施方案中，物理特性是选自以下范围中的一种：大小；体积；形状；几何构造；孔隙率；透过性；表面积；质量；重量；浮力。将理解其他合适的物理特性。术语“孔隙率”和“透过性”将被理解为旨在传达通过吸收器部分的路径的可获得性，流体可以沿着该路径不受阻碍地行进。因此，孔隙率或透过性的增加可以造成设备抵抗或闭塞水流的总能力降低，并因此改变吸收器部分的流体动力学响应。因此，孔隙率或透过性的任何调节可能涉及通过吸收器部分的所述路径(或其一部分)的任何闭塞或可替代地不闭塞。这种路径可以采取任何形式，并且可以由吸收器部分中的孔产生。
13.在一些实施例中，调节(其可以通过调节机构)被布置成调节吸收器部分的至少一个尺寸。优选地，所述吸收器部分包括主轴线，所述主轴线可以可选地垂直于波浪方向定向，其中，所述至少一个尺寸是所述吸收器部分沿着所述主轴线的长度。在优选实施例中，调节可以布置成增加或减小吸收器部分的所述长度。例如，吸收器部分可以包括可扩张区段，该可扩张区段布置成通过调节而在一个或多个方向上扩张。在一些示例中，吸收器部分可以包括中心区段和周边区段，其中周边区段布置成容纳在中心区段的至少一部分内或围绕中心区段的至少一部分定位。在这样的实施例中，周边区段可以布置成由于调节(例如通过调节机构)而移动，使得周边区段从中心区段延伸。因此，调节优选地布置成通过周边区段延伸吸收器部分的长度，这进而为吸收器部分提供更大的表面积和/或体积以与波浪相互作用。更大的表面积/体积又增加了由吸收器部分产生的流体动力的大小，从而允许波浪能捕获设备捕获更多的波浪能。
14.在一些实施例中，吸收器部分可以包括具有位于其中的一个或多个孔的外壳或蒙皮，其中所述孔中的一个或多个可以包括布置成闭塞所述孔的对应的闭塞构件。所述孔中的两个或更多个可以共享共同的闭塞构件。在一些实施例中，调节被布置成使闭塞构件在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置，闭塞构件基本上闭塞对应的孔，在第二位置，闭塞构件不闭塞对应的孔。在优选实施例中，所述孔提供从设备的一侧到设备的相对侧的
流体路径，使得当所述孔在第二位置不被闭塞构件阻挡时，流体可以从一个孔流到相对的孔。因此，当闭塞构件处于第二位置时，吸收器部分优选地包括更大的孔隙率和/或透过性，使得吸收器部分与波浪的流体动力学相互作用减小，从而允许设备捕获的波浪能减少。相反，在第一位置，吸收器部分的孔隙率优选地减小，从而增加吸收器部分与波浪的流体动力学相互作用，并且允许设备捕获更多的波浪能。
15.在一些实施例中，吸收器部分可以包括一个或多个可膨胀部分，其中调节被布置成使可膨胀部分膨胀和收缩。一个或多个可膨胀部分可以容纳在吸收器部分内，或者定位在吸收器部分的表面上。因此，可膨胀部分可以用于增加吸收器部分的不同的物理特性，使得作用在吸收器部分上的波浪力相应地受到影响。在一些实施例中，可膨胀部分可以在膨胀时用于增加吸收器部分的大小、体积或表面积，从而提供波浪力可以作用在其上的更大表面积。在一些实施例中，可膨胀部分可以调节吸收器部分的形状，使得一旦可膨胀部分膨胀，就实现不同的(例如，更多或更少的)流体动力学形状，并且相应地影响作用在吸收器部分上的波浪力。在一些实施例中，当膨胀时，可膨胀部分可以用于闭塞吸收器部分中的孔，从而减小吸收器部分的孔隙率并增大波浪力可以作用的表面。
16.在吸收器部分包括一个或多个孔的实施例中，一个或多个闭塞构件可以包括一个或多个可膨胀部分；其中，在所述第一位置处，所述一个或多个可膨胀构件通过调节而膨胀，使得所述可膨胀构件闭塞相应的孔；并且其中，在所述第二位置处，所述一个或多个可膨胀构件通过所述调节而收缩，使得所述可膨胀构件不闭塞对应的孔。在这样的实施例中，一个或多个可膨胀部分容纳在吸收器部分内。
17.在一些实施例中，可膨胀部分优选地沿着吸收器部分的主轴线从吸收器部分延伸。可以理解其它实施例，其中可膨胀部分可以定位在邻近吸收器部分的任何合适位置处。
18.在优选的实施例中，设备的调节机构可以布置成从wec系统(例如浮力海上可再生能源系统)接收动力以执行物理特性的调节。动力优选地至少部分地来源于由系统转换的波浪能，经转换的波浪能已经由波浪能捕获设备捕获。因此，波浪能捕获设备可以向wec系统内的能量转换系统贡献能量，其中，所述能量可以用于为设备的调节机构提供动力。
19.根据本发明的第二方面，提供了一种布置成将波浪能转换成有用能的波浪能转换(wec)系统，该系统包括：平台；以及驱动组件，所述驱动组件安装在所述平台上并且布置成捕获和转换波浪能，所述驱动组件包括根据第一方面的波浪能捕获设备。
20.在优选实施例中，该系统是浮力海上可再生能源系统，其具有支撑所述驱动组件的浮力平台。
21.波浪能捕获设备可以相对于平台的上表面定位在一定高度处。在一些实施例中，驱动组件可以布置成在使用高度和对接高度之间调节高度，使用高度大于对接高度(即，使用高度更靠近水体的表面，并且对接高度在水中更深)。在一些这样的实施例中，使用高度是波浪能捕获设备可以捕获波浪能的高度，而在对接高度处，波浪能捕获设备可以不捕获波浪能。在一些实施例中，在运输和维护配置期间或在风暴生存配置期间可以使用这种对接高度。
22.在优选实施例中，驱动组件对高度的调节可以独立于所述驱动组件的工作行程。因此，在这样的实施例中，驱动组件可以继续用于捕获波浪能并将波浪能转换成有用能量，同时进行高度调节，使得所述高度调节不会降低驱动组件起作用的能力。
23.在优选实施例中，该系统包括使用配置，在该使用配置中，平台和驱动组件的波浪能捕获设备浸没在水体中，并且其中波浪能捕获设备定位在使用高度处。在使用配置中，波浪能捕获设备的吸收器部分可以布置成与波浪相互作用，使得吸收器部分在水体中移动，从而驱动所述驱动组件。吸收器部分优选地在使用中沿轨道运动路径行进。在优选实施例中，在使用高度处，通过所述调节来调节吸收器部分的物理特性，以使吸收器部分上的流体动力最大化。
24.将理解这样的实施例，其中，在波动的海况期间，可以通过根据所述波动的海况的调节来动态地调节吸收器部分的物理特性。例如，如果第一时段期间的海况构成小海况，则可以通过所述调节来调节物理特性，以便优化吸收器部分的流体动力学响应，使得允许最大波浪力作用在吸收器部分上，从而在小海况期间最大化对可用波浪能的捕获。如果海况在第二时段期间改变为更大的海况，则调节可以调节吸收器部分的物理特性，使得在使用高度处，减少量的波浪能能够作用在吸收器部分上。减少量的波浪能可以包括足够的波浪力以使设备操作而捕获波浪能，但不超过安全波浪力阈值，超过该安全波浪力阈值可能对设备或固定到其上的能量转换系统造成损坏或过度磨损。
25.在一些优选实施例中，该系统包括风暴配置，在该风暴配置中，平台和驱动组件的波浪能捕获设备浸没在水体中，并且其中，通过调节来调节吸收器部分的物理特性，以使吸收器部分上的流体动力最小化。
26.在一些优选实施例中，吸收器部分的物理特性的调节布置成在波浪能捕获设备定位在对接高度处或接近对接高度时发生。布置成接收吸收器部分的平台或支撑在其上的对接机构或托架优选地包括调节机构，该调节机构布置成在吸收器部分处于对接高度或接近对接高度时致动，以便调节物理特性。所述调节优选地减小吸收器部分对波浪能的响应。
27.在一些实施例中，该系统包括能量储存设备，该能量储存设备被布置成接收和储存由驱动组件转换的能量，并且其中调节机构被布置成接收和使用所述储存的能量来执行所述调节。因此，调节机构可以由设备捕获的所存储的能量供电，并且可以不需要任何其他外部电源。
28.应当理解，本文描述为适合于结合到本发明的一个或多个方面和实施例中的特征旨在在本公开的任何和所有方面和实施例中是可一般化的。
附图说明
29.现在将仅通过示例并参考附图来描述本发明的实施例，其中：
30.图1a示出了根据第二方面的示例wec系统的立体图，该wec系统包括定位在使用高度处的根据第一方面的示例波浪能捕获设备；
31.图1b示出了图1a的示例性实施例的立体图，波浪能捕获设备定位在对接高度处；
32.图1c示出了图1a中所示的波浪能捕获设备的平面图；
33.图1d示出了图1b中所示的波浪能捕获设备的平面剖视图；
34.图2a示出了根据第二方面的另一示例wec系统的立体图，该wec系统包括定位在使用高度处的根据第一方面的示例波浪能捕获设备；
35.图2b示出了图2a的示例性实施例的立体图，波浪能捕获设备定位在对接高度处；
36.图2c示出了图2a中所示的波浪能捕获设备的平面剖视图；
37.图2d示出了图2b中所示的波浪能捕获设备的平面剖视图；
38.图3a示出了根据第二方面的另一示例wec系统的立体图，该wec系统包括定位在使用高度处的根据第一方面的示例波浪能捕获设备；
39.图3b示出了图3a的示例性实施例的立体图，波浪能捕获设备定位在对接高度处；
40.图3c示出了图3a中所示的波浪能捕获设备的侧视图；
41.图3d示出了图3b中所示的波浪能捕获设备的侧视图；
42.图4a示出了根据第二方面的另一示例wec系统的立体图，该wec系统包括定位在使用高度处的根据第一方面的示例波浪能捕获设备；
43.图4b示出了图4a中所示的实施例的侧视图；
44.图4c示出了图4a中所示的实施例的侧视图，其中波浪能捕获设备定位在对接高度处；
45.图5a示出了与图4a所示的实施例类似的另一实施例的侧视图，调节机构布置成在波浪能捕获设备接近对接高度时被致动；
46.图5b示出了图5a的实施例的侧视图，波浪能捕获设备定位在对接高度处；
47.图6a示出了根据第二方面的另一示例wec系统的侧视图，该wec系统包括定位在使用高度处的根据第一方面的示例波浪能捕获设备；
48.图6b示出了图6a的实施例的侧视图，波浪能捕获设备定位在对接高度处；
49.图7a示出了根据第二方面的另一示例wec系统的侧视图，该wec系统包括定位在使用高度处的根据第一方面的示例波浪能捕获设备；
50.图7b示出了图7a的实施例的侧视图，波浪能捕获设备定位在对接高度处；
51.图8a示出了根据第二方面的另一示例wec系统的立体图，该wec系统包括定位在使用高度处的根据第一方面的示例波浪能捕获设备；
52.图8b示出了图8a所示的波浪能捕获设备的平面剖视图，该波浪能捕获设备包括处于第一位置的闭塞构件；以及
53.图8c示出了图8b的实施例，闭塞构件处于第二位置。
具体实施方式
54.所有当前描述的实施例包括根据第一方面的波浪能捕获设备，其为根据第二方面的wec系统的一部分。实施例各自具有基本上相同的一般结构，其在此简要总结。该系统包括在其上表面上支撑驱动组件的平台。
55.平台不形成所公开的发明的一部分，其说明了驱动组件对基本固定的位置的需求。为了使这种类型的波浪能转换设备有效，波浪能吸收器必须相对于平台移动，其中驱动组件利用两者之间的差动运动来产生动力。平台可以是固定到海床的结构，或者它可以是经由系泊线锚定到海床的浮动结构(诸如wo2019002864和ep2776707中公开的结构)。
56.在优选实施例中描述的驱动组件仅是示例性的，并且说明了在实践中可以实现本发明的第二方面的功能的一种可能的方式。驱动组件包括第一对下部相对的细长刚性杠杆臂，其一端联接在下铰接件处，所述下铰接件居中地定位在平台的上表面上。第一对下部杠杆臂的每个杠杆臂的另一端可旋转地固定到第二对上部杠杆臂的相应刚性杠杆臂的一端。第二对上部杠杆臂在上铰接件处联接。驱动组件还包括根据第一方面的波浪能吸收器，该
波浪能吸收器固定到上铰接件。第一对下部杠杆臂中的每个杠杆臂固定到能量转换器，为了说明的目的，能量转换器采用液压油缸和液压弹簧的形式，但是可以包括任何合适的能量转换器，例如联接到物理弹簧构件的线性或旋转发电机。
57.允许本发明的第一和第二方面的功能的其他驱动组件布局是可能的，诸如wo2019030534中描述的。
58.在使用中，如所示实施例中所述的平台和波浪能吸收器浸没在水体中并使用系泊和锚固系统(未示出)。在使用配置中，吸收器被布置成由于表面下的轨道波浪力撞击在其上而遵循基本上轨道的轨迹移动。当波浪能捕获设备移动时，杠杆臂的作为结果的运动驱动相应的能量转换器。然而，本发明不限于如图所示的完全浸没的wec设备，或者不限于需要系泊和锚固系统的wec设备。本发明同样适用于具有漂浮在水体表面上的吸收器的wec设备，例如ep2321526中那样。
59.波浪能捕获设备捕获波浪能的能力的程度通常与作用在设备的吸收器部分上的波浪力的可用性成比例。在可用波浪力相对较低的小海况期间，使设备对波浪的流体动力学响应最大化是有利的。因此，可以有效率且有效地使用最小可用波浪能，以便捕获和转换与其相关联的波浪能。相反，在较大的海况期间，波浪能的可用性可能太高，具有通过从吸收器传递的高的力而损坏驱动组件的可能性。因此，有利的是减小设备的流体动力学响应，使得较少的主要波浪能被吸收器捕获并传递到机器的其余部分。
60.减小对波浪的流体动力学响应的一种方法涉及将波浪能吸收器进一步浸没到更大的深度(以及相对于平台的减小的高度)，远离更靠近水体表面作用的更高的波浪运动。然而，在一些情况下，设备的这种重新定位可能无法实现作用在其上的波浪力的充分减小。因此，通过本发明进一步降低设备的流体动力学响应可能是有益的。本发明还可以在波浪能设备的使用深度处使用，使得可以实现流体动力学响应的动态减小或增加，以便最大化波浪能捕获，同时最小化损坏系统的潜在风险。
61.参考图1a至图1d，示出了本发明的第一实施例100，并且其功能基本上如前所述。实施方式100包括根据第二方面的波浪能转换(wec)系统100，波浪能转换(wec)系统100包括浮力平台102，所述浮力平台102支撑安装在浮力平台102的上表面上的驱动组件104。驱动组件包括如前所述的第一对下部刚性杠杆臂106和第二对上部刚性杠杆臂108。驱动组件104包括能量转换器110，该能量转换器固定到下部的一对杠杆臂106和平台102两者。波浪能转换设备100还包括联接到第二对杠杆臂108的圆柱形波浪能吸收器112。在所示的实施例100中，吸收器112包括圆柱形吸收器部分，该圆柱形吸收器部分具有中心区段114，该中心区段114布置成容纳一对圆柱形周边区段116。吸收器112还包括调节机构(未示出)。在如图1a所示的使用配置中，调节机构被布置成移动吸收器部分的周边区段116，使得周边区段116从中心区段114的相对端部向外突出，从而延伸吸收器112的长度。在所示的使用配置中，吸收器112的延伸长度使流体动力学响应最大化，并且因此使作用在吸收器112上的波浪力最大化，使得能量捕获最大化。参考图1b，示出了风暴生存配置，其中波浪能吸收器112通过驱动组件104的杠杆臂106、108缩回到对接高度。调节机构将吸收器112的周边区段116缩回到中心区段114中，使得吸收器112的长度减小。在所示的对接配置中，为了安全起见，吸收器112的减小的长度使与波浪的流体动力学相互作用最小化，并且因此使作用在吸收器112上的力最小化。为了清楚起见，分别在图1c和图1d中描绘了针对图1a和图1b描述的吸
收器112的相应配置。
62.图2a至图2d中所示的实施例200与针对图1a至图1d所描述的基本上相同地工作。图2a至图2d的波浪能吸收器202包括圆柱形中心区段204和相对的可膨胀周边区段206。设备202还包括调节机构(未示出)，该调节机构呈水泵(在所示的示例性实施例中是电动水泵)的形式，该水泵被布置成将水泵送到可膨胀周边区段206中，如图2a和图2c所示。泵还被布置成将水从可膨胀区段206泵送出去，使得区段206收缩。在所示的示例性实施例中，区段206具有弹性体特性，以允许返回到如图2b和图2d所示的较小的收缩配置。将理解替代实施例，其中区段206可以布置成在膨胀状态和收缩状态之间执行任何其他合适的交替、往复或偏置动作，例如布置成折叠或折皱以允许较小的收缩配置。在所示的实施例200中，无论周边区段206是膨胀的还是收缩的，吸收器202的中心区段204都实现了使波浪能转换设备200在使用配置中起作用的足够的浮力。然而，将理解这样的实施例，其中可膨胀区段206可以使用空气膨胀以在使用期间实现吸收器的额外浮力。当收缩或使用水膨胀时，吸收器部分的减小的浮力可以在本文所述的风暴生存配置中实现更大的安全性。
63.图3a至图3d中所示的实施例300与针对图1a至图1d所描述的基本上相同地工作。图3a至图3d的波浪能吸收器302包括圆柱形中心区段304和从其延伸的一对相对的杆306，每个杆306在其上支撑多个可膨胀构件308。设备302还包括调节机构(未示出)，该调节机构呈水泵(在所示的示例中为电动水泵)的形式，该水泵被布置成将水泵送到可膨胀构件308中，如图3a和图3c所示。泵还布置成将水从可膨胀构件308泵出，使得可膨胀构件308收缩。当收缩时，可膨胀构件308的弹性体特性导致返回到如图3b和图3d所示的较小的收缩配置。与图2a至图2d的实施例200一样，泵可以替代地泵送任何流体，包括空气。将设想任何其他合适的膨胀机构，诸如本文所述的膨胀机构。
64.参考图4a至图4c，示出了另一实施例400，其以与针对图1a至图3d描述的实施例基本相同的方式捕获和转换波浪能，但是利用与吸收器402的流体动力学特征相关联的吸收器402的不同物理特性。实施例400包括基本上圆柱形的波浪能捕获设备402，其具有第一外部部分404和部分地嵌套在外部部分404内的第二内部部分406。内部部分406和外部部分404中的每一个包括围绕内部部分406和外部部分404中的每一个的相应圆周均匀分布的矩形孔408。在所示的实施例400中，波浪能捕获设备402还包括调节机构(未示出)，该调节机构采用电动马达的形式，其布置成使内部部分406相对于外部部分404旋转。马达被布置成使内部部分406在如图4b所示的第一关闭位置和如图4c所示的第二打开位置之间旋转。
65.在图4b的第一位置中，内部部分406的矩形孔408不与外部部分404的矩形孔408对准，并且外部部分404的孔408因此被内部部分406的壁遮挡。因此，波浪能捕获构件402的固体吸收器402被提供为使得，不提供穿过吸收器402的流体路径。因此，作用在图4b的第一关闭位置中的吸收器402上的波浪力最大化。
66.在图4c的第二打开位置，内部部分406的矩形孔408与外部部分404的矩形孔408直接对准，因此外部部分404的孔408不受阻碍，使得通过波浪能吸收器402的流体路径设置在大致相对的孔408之间。因此，在图4c的打开位置，作用在波浪能吸收器402上的波浪力被最小化。虽然图4b示出了处于闭合位置并且定位在使用高度处的波浪能吸收器402，但是当更高的波浪力可用于能量捕获时，波浪能捕获设备402可以在使用高度处放置在打开位置。虽然仅示出了完全关闭位置和完全打开位置，但是所示的实施例400可以通过调节机构的调
节而呈现其间的任何中间位置。虽然在所示的实施例400中，调节机构被布置成使内部部分406相对于保持静止的外部部分404旋转，但是将理解其中调节机构可以使内部部分406和外部部分404中的任一者或两者旋转的实施例。在所示的实施例400中，图4b的闭合配置的基本上完整的圆周不必完全防水即可以良好地用作波浪能吸收器——其可能仅需要防止水自由地通过吸收器402流动。图4c的打开配置的不完整圆周需要足够不完整以允许水自由地通过吸收器402。吸收器402的最小透过性可以是例如大约50％，这已经被示出为足以允许水自由地通过它。虽然描述了用于调节机构的电动马达，但是可以使用任何合适的机械致动器来实现旋转运动，例如旋转马达(电动或液压)或作用在曲柄上的线性致动器。
67.图5a和5b所示的实施例500与图4a至4c所述的实施例基本相同，具有波浪能吸收器502，该波浪能吸收器502具有外部部分504和相对于外部部分504可旋转的内部部分506，每个都具有均匀分布的矩形孔508。然而，在所示的实施例500中，调节机构采用销和轨道系统的形式，该销和轨道系统包括从内部部分506的壁区域向外延伸的突出销510，以及支撑在支架514上的平台表面上方的成角度的轨道512，轨道512定位在平台上，以在波浪能吸收器502从图5a所示的使用高度移动并接近图5b所示的对接高度时接合销510。轨道512的大小设计成接合销510，当波浪能吸收器502降低到对接高度时，所述销510随后跟随轨道512。当吸收器502下降时，销510在部分地由垂直于吸收器502的移动方向的方向限定的轨迹上移动。销510的移动导致内部部分506旋转，使得吸收器502呈现打开配置，其中内部部分506的孔508与外部部分504的孔对齐，并且流体路径通过吸收器502被限定在大致相对的孔508之间。因此，在图5b所示的对接位置(其可以例如是风暴生存配置)中，吸收器502处于打开位置，以使作用在吸收器502上的波浪力最小化。在所示的实施例500中，吸收器502还包括采用弹簧形式的偏置构件(未示出)，当销510未与轨道512接合时，弹簧将内部部分506推向图5a所示的闭合配置。将理解其中提供任何合适的调节机构的实施例。所示的实施例500的静态销和轨道调节机构确保不需要动力来操作该机构，这会有利于优化动力使用。可以理解实现相同效果的其他调节机构，例如外缸上的杠杆，当接近对接高度时，该杠杆推靠平台，导致当吸收器对接时外缸或内缸旋转。
68.参考图6a和6b，示出了另一实施例600，其基本上如先前所讨论的那样起作用。在所示的实施例600中，波浪能吸收器602包括圆柱形吸收器，该圆柱形吸收器具有外蒙皮604，该外蒙皮604具有位于其上的多个孔606。吸收器还包括位于吸收器的内表面上的多个铰接翼片608，铰接翼片608各自布置成围绕相应的铰接件旋转以闭塞吸收器的相应孔606。吸收器602还包括采用电动马达形式的调节机构(未示出)，该调节机构被布置成使翼片608围绕铰接件在第一关闭位置和第二打开位置之间旋转，在第一关闭位置，翼片608如图6a所示闭塞孔606，在第二打开位置，翼片608如图6b所示不闭塞孔606。可以预见其中可利用诸如旋转马达或线性致动器的致动器(未示出)以及曲柄单独地致动翼片的实施例。可替代地，所有翼片可以连接到单个致动器环(未示出)，该单个致动器环同时打开/关闭所有翼片。当然，翼片可以部分地打开或关闭，以便实现对孔隙率和/或透过性的分级调节，使得以相同的分级方式调节相应的流体动力学特征。
69.图7a和图7b的实施例700与针对图6a和图6b描述的实施例基本相同，但是其中翼片包括柔性材料，例如织物，并且每个翼片围绕相应的转子缠绕。实施例700还包括调节机构(未示出)，该调节机构包括电动马达，该电动马达布置成使每个转子旋转，使得固定到其
上的织物翼片可以围绕转子缠绕以露出吸收器的孔，或者展开以闭塞孔。在图7a所示的关闭位置，翼片最大程度地展开以闭塞吸收器的孔，使得吸收器的孔隙率和/或透过性减小，并且作用在吸收器上的波浪力最大化。在图7b所示的打开位置，翼片最大程度地围绕转子缠绕，使得孔不受阻碍，从而提供通过吸收器的流体路径，使得作用在吸收器上的波浪力最小化。
70.现在参考图8a至图8c，示出了另一实施方式800，该实施方式800布置成以与本文所述的其他实施方式基本相同的方式捕获和转换波浪能。实施例800包括波浪能吸收器802，波浪能吸收器802包括具有中空壳体的圆柱形吸收器，中空壳体中定位有多个孔804。吸收器还包括一对相对的可膨胀构件806，其容纳在壳体内并且布置成通过调节机构(未示出)在壳体内膨胀或收缩。所示的实施例800中的调节机构是水泵，其布置成用水使可膨胀构件806膨胀或收缩。泵被布置成实现如图8b所示的关闭位置，其中可膨胀构件806用水膨胀，使得可膨胀构件806的弹性体蒙皮扩张以闭塞吸收器的孔804。泵还布置成实现如图8c所示的打开位置，其中可膨胀构件收缩，其中可膨胀构件806的弹性体材料返回到收缩状态并且不闭塞吸收器的孔。将理解其中泵可以如本文所述那样泵送水或空气的实施例，并且将理解具有任何其他合适的调节机构的其他实施例。将理解这样的实施例，其中吸收器是任何合适的形状，并且包括任何合适数量和形状的孔。孔可以是任何尺寸，只要它们不太大以至于可以采用可膨胀气囊形式的可膨胀构件变得不受支撑即可。可以理解包括任何合适数量的可膨胀构件以及可以仅包括单个可膨胀构件的实施例。
71.可以设想在本发明的范围内的另外的实施例，这些实施例在上文没有描述，例如，浮力平台在所有描述的实施例中仅出于说明的目的被示出为固定块，但是将理解其中平台是被布置成相对于能量吸收器在水体中保持相对静止的任何合适的结构的实施例。例如，平台可以包括系泊到海床的浮力水下平台；直接固定到或不固定到海床的任何浮力/非浮力结构。
72.仅出于说明的目的，所有描述的实施例中的能量转换器被示出为与单独的弹簧单元组合的简化的液压缸。将理解这样的实施例，其中可以使用任何合适形式的能量转换器，例如：线性发电机；旋转电动或液压发电机；或者可以与将旋转运动转换为线性运动的机构(诸如齿条和小齿轮)组合的任何类型的旋转发电机。
73.所描述的调节机构采用驱动液压缸的马达的形式。将理解任何合适的调节机构，包括任何合适的机械机构，例如任何液压机构或齿条和小齿轮。
74.所描述的实施例的吸收器采用相同的大致圆柱形形状，但是将理解其中可以使用任何形状的吸收器或其任何部分的实施例。
75.本发明不限于所示的具体示例或结构，并且将被理解为落入所附权利要求的范围内的任何实施例。

技术特征：
1.一种用于波浪能转换(wec)系统的波浪能捕获设备，所述设备包括：用于吸收波浪能的吸收器部分，所述吸收器部分具有与所述吸收器部分的流体动力学特征相关联的物理特性；并且其中，所述吸收器部分的物理特性以及所述吸收器部分的流体动力学特征被布置成能被调节。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述流体动力学特征是从以下组中选择的一个或多个：与所述吸收器部分的起伏、浪涌、俯仰、摇摆、翻滚和/或其分量相关联的响应幅度算子；所述吸收器部分的阻力系数和/或其分量。3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中，所述物理特性是从以下范围中选择的一个：大小；体积；形状；几何构造；孔隙率；透过性；表面积；质量；重量；浮力。4.根据权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的设备，其中，经调节的物理性质是所述吸收器部分的至少一个主要尺寸。5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述吸收器部分包括垂直于波浪方向定向的主轴线，其中，至少一个尺寸是所述吸收器部分沿着所述主轴线的长度。6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述吸收器部分由蒙皮形成，所述蒙皮具有位于其上的一个或多个孔，所述孔中的一个或多个包括对应的闭塞构件，所述闭塞构件布置成闭塞所述孔。7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述闭塞构件被布置成在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置，所述闭塞构件基本上闭塞对应的孔，在所述第二位置，所述闭塞构件不闭塞对应的孔。8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述吸收器部分包括一个或多个可膨胀部分，其中，所述一个或多个可膨胀部分布置成膨胀和/或收缩，其中，所述可膨胀部分的所述膨胀和/或收缩改变所述吸收器部分的物理特性。9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述可膨胀部分沿着所述吸收器部分的主轴线延伸。10.根据权利要求8或9所述的设备，当从属于权利要求7时，其中所述一个或多个闭塞构件包括所述一个或多个可膨胀部分；其中，在所述第一位置，所述一个或多个可膨胀构件膨胀，使得所述可膨胀构件闭塞对应的孔；并且其中，在所述第二位置，所述一个或多个可膨胀构件收缩，使得所述可膨胀构件不闭塞对应的孔。11.一种波浪能转换(wec)系统，其布置成将波浪能转换成有用能，该系统包括：平台；以及驱动组件，所述驱动组件安装在所述平台上并且布置成捕获和转换波浪能，所述驱动组件包括根据前述权利要求中任一项所述的波浪能捕获设备。12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述波浪能捕获设备相对于所述平台的上表面定位在一高度处，并且其中，所述驱动组件布置成在使用高度和对接高度之间调节所述高度，所述使用高度大于所述对接高度。13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述驱动组件对高度的调节独立于以下中的一
个或多个：对所述波浪能捕获设备的所述吸收器部分的物理特性的调节；所述驱动组件的工作行程。14.根据权利要求12或13所述的系统，其中，所述系统包括使用配置，在所述使用配置中，所述平台和所述驱动组件的所述波浪能捕获设备浸没在水体中，并且其中，所述波浪能捕获设备定位在所述使用高度处。15.根据权利要求14所述的系统，其中，在所述使用高度处，调节所述吸收器部分的物理特性以使所述吸收器部分上的流体动力最大化。16.根据权利要求12至15中任一项所述的系统，其中，所述系统包括风暴配置，在所述风暴配置中，所述驱动组件的所述波浪能捕获设备和所述平台浸没在水体中，并且其中，调节所述吸收器部分的物理性质以使所述吸收器部分上的流体动力最小化。17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述调节被布置成当所述波浪能捕获设备定位在所述对接高度处或接近所述对接高度时自动发生。

技术总结
提供了一种在波浪能转换(WEC)系统中使用的浮力波浪能捕获设备，该设备包括：吸收器部分，该吸收器部分具有与吸收器部分的流体动力学特征相关联的物理特性；并且其中，所述吸收器部分的物理特性以及所述吸收器部分的流体动力学特征被布置成被调节。本发明旨在提供一种用于在WEC系统中使用的改进的能量捕获构件，该能量捕获构件不易于由于大的波浪力而损坏。坏。坏。


技术研发人员：G
受保护的技术使用者：海洋能源系统有限公司
技术研发日：2021.11.03
技术公布日：2023/7/22