专利名称：潮汐响应式屏障的制作方法
技术领域：
本发明涉及装置和方法，用于保护海岸线或者沿着水道的城市区域抵御与潮汐涌浪或者高水位洪水相关联的周期性高水位。更具体地说，本发明涉及潮汐响应式屏障，该屏障包括可塌缩的高强度延展膜，该延展膜在底端锚定到海底或河底，而在该膜的顶端具有球胆，其中所述球胆可以有选择地膨胀，以使所述膜的前导边缘(例如，响应潮汐变化)升高到海水或河水的表面，以使所述膜从海底或河底牵拉到水面以及水边，所述膜在水边锚定到结构性塔台。
背景技术：
下个世纪中，洪水的主要威胁并不必然来自海平面本身的升高，而是来自高潮和暴风雨过程中极端情形的增多，这将导致在相对较短的期间对现有防洪设施造成破坏。永久性提坝、堰提或者防波提先前已经用于保护海岸线并且针对高潮或者暴风雨中的这种周期性极端情形提供一些保护，但是这些设备通常包括混凝土块、碎石或者其他沉重的增强材料，这些材料为永久结构，不允许海洋船只通过，抑制了自然海洋生态系统，限制了完全享受海岸线地区并且建造和部署(cbploy)昂贵。一种现有技术的防波提结构采用固紧到海底的漂浮网用于保护海岸线，这种结构在美国专利公开US2005/0036839中描述。这种现有技术的防波提结构采用漂浮支撑件，诸如填充空气的球胆、聚乙烯浮标或者其他材料在海底和低潮水位36之间牵拉所述网。在高潮水位，防波提结构的网完全浸入水中，并且因此无法有效阻止周期性的极端潮汐变化或涌浪淹没海岸线。此外，所公开的现有技术防波提结构披露为永久部署，这带来与限制海洋船只通过、海洋生物以及完全享受部署防波提结构的海岸线地区类似的问题。因此，需要能克服上述问题的潮汐屏障，并且该潮汐屏障响应与潮汐涌浪或者高水位洪水相关联的周期性高水位，以保护海岸线或者沿着水道的城市区域免受这种周期性高水位的影响。
发明内容
符合本发明的装置、系统和方法提供了一种潮汐响应式屏障，该屏障为轻型且环境敏感的系统，设计用于保护与内陆水道接壤的城市区域免受与潮汐涌浪或者高水位洪水相关联的高水位。所述潮汐响应式屏障根据浮力固有原理以及与延展网膜相关联的结构有效性来操作。符合本发明的潮汐响应式屏障可以较之永久提坝和局部洪水保护结构以显著更低的成本制造并实施在局部水道中，而不会损害生态以及这些水域的商业。根据符合本发明的装置，提供了一种响应潮汐变化的潮汐屏障。所述潮汐屏障包括具有延展膜的网。所述延展膜具有上边缘和下边缘。所述下边缘具有多个锚定点，用于将下边缘附连到水体下的海底。所述潮汐屏障还包括附连到上边缘的球胆，并且所述球胆具有有选择地膨胀和收缩球胆的阀。所述球胆具有足够大的体积，以便在以气体膨胀该体积时，所述膜的上边缘升高到水体的表面。所述潮汐屏障还包括设置在所述延展膜附近的泵，该泵与所述球胆的阀流体连通。所述泵具有控制器，用于有选择地促动所述泵以气体膨胀和收缩所述球胆。在一种实施方案中，所述潮汐屏障的网进一步包括多条内部缆绳，所述内部缆绳在所述延展膜的下边缘和上边缘之间延伸，以便在所述球胆的体积膨胀并且所述膜的上边缘相应地升高到水体表面时，所述内部缆绳加强所述延展膜的拉伸强度。所述潮汐屏障还可以包括多个塔台，每个塔台相对于海底锚定并且在水体处于预定深度时，在水体表面上延伸预定的高度。在这种实施方案中，所述潮汐屏障的网进一步包括附连到所述延展膜的上边缘并沿着所述延展膜的上边缘长度延伸的顶部缆绳。所述顶部缆绳一端连接到一个塔台而另一端连接到另一个塔台，以使在所述球胆的体积膨胀并且所述膜的上边缘相应升高到水体表面时，所述延展膜的上边缘以水体流动限定的弧线从一个塔台延伸到另一个塔台。在这种实施方案中，当所述网一侧水体的水位随着水流升高时，所述延展膜的上边缘相应地升高，导致所述延展膜在水流方向上形成悬链弧，以使水位升高受到限制而不能越过所述网的一侧。在另一种实施方案中，所述潮汐屏障可以进一步包括在所述泵和所述球胆的阀之间流体连通的罐。在这种实施方案中，所述泵适配成将用于膨胀所述球胆的体积的一定量的气体泵送到所述罐中进行储存。所述罐具有输出阀，所述输出阀适配成响应输入而将所储存的一定量的气体释放到所述球胆中。在另一种实施方案中，所述泵可以包括活塞，所述活塞适配成在其被促动时将空气(作为所述气体)压缩到所述罐中；和漂浮设备，所述漂浮设备设置在所述潮汐屏障所处的水体中。所述漂浮设备连接到所述活塞，以使所述漂浮设备响应水体水位的潮汐变化而促动所述活塞。在另一种实施方案中，所述潮汐屏障可以包括电磁漂浮发电机，用于为所述泵提供动力。所述电磁漂浮发电机包括容纳导电线圈的内腔，所述导电线圈一端电连接到所述泵；漂浮系统，所述漂浮系统具有漂浮在水体表面上的漂浮组件；外腔，所述外腔连接到所述漂浮系统，以使所述漂浮系统让所述外腔响应所述发电机所处水体中的波动而上下浮动；和设置在所述外腔的内壁上的永磁体。所述外腔包封容纳所述线圈的所述内腔的至少一部分并相对于这部分运动，以使所述外腔响应水体中的波动而上下浮动时，所述线圈的至少一部分有效地在所述磁体产生的磁场中运动，从而在所述线圈中产生电流，为所述泵提供动力。在另一种实施方案中，所述泵可以连接到设置在所述潮汐屏障所处水体的表面或该表面上的太阳能发电机或风力轮机，并由所述太阳能发电机或风力轮机提供动力。在另一种实施方案中，所述潮汐屏障可以包括连续的混凝土底脚系统，所述混凝土底脚系统沿着海底设置以沿着海底表面锚定并基本上密封所述延展膜的下边缘。在另一种实施方案中，潮汐屏障进一步包括测量浮筒，所述浮筒可操作地配置成漂浮在水面上，与潮汐屏障的网隔开预定距离，用于监控高潮水位。所述测量浮筒包括潮汐高度传感器，所述传感器可操作地配置成感知并输出潮汐水位变化；无线发射器；和控制器，所述控制器可操作地连接到所述传感器和所述无线发射器。所述控制器经过编程，以接收来自所述传感器的潮汐水位变化输出，判断所述输出是否超过预定阈值，并且在超过预定阈值时，经由所述无线发射器发射警报信号。在这种实施方案中，所述泵包括无线接收器，所述无线接收器可操作地配置成接收来自所述发射器的警报信号并向所述泵控制器输出相应的警报信号。响应接收到相应的警报信号，所述泵控制器激活所述泵，以膨胀所述球胆。所述泵还可以包括海洋船只警告系统，并且所述泵控制器激活所述海洋船只警告系统， 以响应从所述无线接收器接收到所述相应的警报信号而指令立即部署所述潮汐屏障。在另一种实施方案中，所述球胆是多个球胆中的一个，每个球胆沿着所述延展膜的上边缘附连。每个球胆具有各自体积，以便在每个球胆的体积利用气体膨胀时，共同导致所述膜的所述上边缘上升到水体表面。在这种实施方案中，所述潮汐屏障进一步包括集流管和存储罐。所述集流管具有输入部和多个输出部。每个集流管输出部与相应一个球胆流体连通，例如经由相应的挠性管路连通。所述罐在所述潮汐屏障的所述泵和所述集流管输入部之间(例如经由挠性管件)流体连通。在这种实施方案中，所述泵适配成将用于膨胀每个球胆的体积的一定量的气体泵送到所述罐中进行储存，并且所述罐具有输出阀，该输出阀适配成响应输入而将存储的一定量的气体经由所述集流管释放到所述球胆中。在每种实施方案中，所述球胆的所述阀可以具有控制输入，用于控制所述阀的开度，并且所述泵控制器可以可操作地连接到所述控制输入，用于打开所述阀，以响应反映水体中潮汐变化威胁已经过去的输入信号而收缩所述球胆。当所述球胆收缩时，所述延展膜的上边缘的至少一部分下降，以抵靠海底。在审视下面附图以及详细描述之后，本领域技术人员将会或者将变得理解本发明的其他装置、系统、方法、特征和优势。宗旨是全部这些额外的方法、系统、特征和优势包括在本说明书内，本发明的范围内，并且受到附带的权利要求书的保护。
包含在本说明书中并构成本说明书一部分的附图，图示了本发明的实施方案，并连同说明内容一起用来解释本发明的优势和原理。在附图中图IA是符合本发明的示例潮汐屏障的透视图，其中示出所述潮汐屏障处于非部署状态；图IB是如图1所示的潮汐屏障的另一幅透视图，其中示出图1所示包括高强度延展膜的潮汐屏障的一部分根据本发明而处于非部署状态，抵靠在安装所述潮汐屏障的水体中的海底上；图2是图1所示潮汐屏障的侧视图，其中示出所述潮汐屏障处于非部署状态；图3A是图1所示潮汐屏障的透视图，其中示出所述潮汐屏障处于部署状态；图IBB是如图1所示潮汐屏障的另一幅透视图，其中示出所述潮汐屏障的高强度延展膜根据本发明而处于部署状态，在海底和水体表面之间延伸；图4是图1所示潮汐屏障的侧视图，其中示出所述潮汐屏障处于部署状态；图5是图1所示潮汐屏障的功能方块图，示出了嵌入所述延展膜的球胆根据本发明与潮汐屏障的罐和泵流体连通；图6A是图5所示潮汐屏障的延展膜的切除部分的放大视图，示出了符合本发明的延展膜的一种示例结构和材料构成；图6B是图6A所示延展膜部分的截面图；图6C描绘了连续加强混凝土底脚的截面图，所述混凝土底脚可以沿着海底放置，以便沿着海底表面锚定并基本上密封图5所示的延展膜的下边缘；图6D是球胆系统的一种实施例的方块图，所述球胆系统可以根据本发明应用或连接到图5中的延展膜，其中所述球胆系统包括连接到集流管的多个球胆，所述集流管与潮汐屏障的存储罐流体连通，用于同时膨胀所述球胆；图7描绘了气动活塞促动器，所述促动器可以用作潮汐屏障中的泵，以压缩空气或其他气体，用于膨胀延展膜中或连接到延展膜的球胆，以部署所述潮汐屏障；和图8描绘了电磁漂浮发电机，所述发电机可以用作为泵提供电力的设备，所述泵压缩空气或其他气体，用于膨胀延展膜中或连接到延展膜的球胆，以部署所述潮汐屏障。
具体实施例方式现在将根据与附图中所示的本发明相符合的方法、系统和产品，详细讨论实施方案。在下个世纪，洪水的主要威胁并非必然来自于海平面本身升高，而是来自于高潮和暴风雨过程中的极端情形的增多，这将在相对较短的期间对现有的防洪设施造成破坏。 符合本发明的潮汐响应式屏障可操作地配置成防止极端潮汐事件的峰值，同时保持海洋与内陆水道之间的自然潮汐交换。图1和2描绘了符合本发明的示例潮汐屏障100，其中潮汐屏障100在图中示出处于非部署状态，此时潮汐屏障抵靠在海底50上。图3和4描绘了潮汐屏障100处于部署状态，此时潮汐屏障100响应潮汐涌浪威胁被触发而从海底50升高，用作临时提坝并且阻止与潮汐涌浪关联的水平面升高而越过潮汐屏障100，由此保护海岸线或者沿着海岸线接壤的城市地区。图5描绘了用来结合延展膜104部署潮汐屏障网102以保护相应的海岸线和海岸线上的结构免受潮汐变化和涌浪影响的潮汐屏障100的部件的功能方块图。虽然图1 至5描绘了潮汐屏障100有选择地部署以横跨暴露于海洋和来自海洋的潮汐变化的内陆水道，但是符合本发明的潮汐屏障100可以沿着其他水道安装，诸如横跨河流以保护内陆水滨线以及沿着内陆水滨线的结构。如图1至5所示，潮汐屏障100包括具有延展膜104的网102。延展膜104由拉伸强度大于或等于270ksi(1865MPa)的材料构成，以便对来自潮汐变化或者涌浪的作用力提供阻力，文中将进一步详细解释。延展膜材料可以是以钢弦强化的塑料或者再生橡胶、碳纤维、高强度特富龙涂覆的织物(例如，以合成含氟树脂或者聚四氟乙烯涂覆的织物，以防止粘结)、包括以聚氯乙烯涂覆的聚对苯二甲酸乙二醇酯丝线的织物等等。延展膜利用高强度不锈钢或者碳纤维缆绳强化。所有的延展膜和强化构件都耐腐蚀。如图6A和6B中描绘的延展膜104的实施方案所示，延展网膜104可以包括掺杂或交织不锈钢导线404的再生橡胶或塑料的实体片材或者机织丝线402。在这种实施方案中，高强度不锈钢缆绳406(比单一不锈钢导线404具有更大的直径和拉伸强度)也嵌入再生橡胶或者塑料的实体片材或机织丝线402中，如图6B所示，以进一步加强延展膜104。不锈钢导线404和缆绳406可以在延展膜104的橡胶或塑料材料的片材或丝线402中交织成网格图案，如图6A所示，其中所述网格图案延伸延展膜104的宽度和长度(或者延伸到边缘)。延展膜104具有上边缘106和下边缘108。下边缘108具有多个锚定点IlOA至 110L，用于将下边缘108附连到水体52下方的海底50。锚固件可以包括被驱动到海床中的桩基础、灌浆高强度绳缆地锚、重载混凝土压载物等等。在如图2和4所示的潮汐屏障的侧视图中，一部分网102和锚固件110A、110B和IlOC显示穿过水体52，否则水体将会遮掩潮汐屏障100的这些部件。网102还可以包括在延展膜104的下边缘108和上边缘106之间延伸的内部缆绳 112(附加于或者对应于嵌入延展膜104中的缆绳406)，以便在如文中所述部署潮汐屏障时，内部缆绳112增强延展膜104。在图6C所示的替代实施方案中，带有下边缘108的延展膜104可以利用连续的增强混凝土底脚系统510连续锚定到海底。增强混凝土底脚系统510包括增强混凝土底脚 512，该底脚沿着海底50形成连续线条(在图5中为513)，其中线条513限定延展膜104的下边缘的位置。增强混凝土底脚系统510进一步包括多个嵌入底脚512内的耐腐蚀球窝接头514，每个接头514的每个球窝515限定底脚512中的开口 516的相应部分，并且所述开口沿着底脚512的长度共同形成通道或者连续开口 516。保留在相应接头514的球窝515 中的球头517附连到延展膜104内的一条或多条内部缆绳112的下端，以便延展膜的下边缘108设置在底脚512内的通道或连续开口 516中，使得延展膜104的下边缘108基本上密封到底脚512，从而阻止水经过延展膜104的下边缘108下方。球窝接头514与连续通道或开口 516协作，允许内部缆绳112和延展膜104发生多方向运动。抗剪短杆518可以附连到每个球窝515，以进一步增强包括底脚512的混凝土材料中的球窝515(以及相应球窝接头514)的锚定效果。桩基础519可以用于支撑连续的增强混凝土底脚512并将其锚定到海底50。如图2、3A、;3B、4、5和6D所示，网102进一步包括附连到延展膜104的上边缘106 的球胆114。在图IB中，潮汐屏障100处于非部署状态，此时上边缘106和收缩的球胆114 被抵靠在海底50上的延展膜104挡住而看不到。球胆可以由橡胶、聚乙烯或者其他材料构成，以便可以膨胀以保持预定体积的空气或者气体。球胆114具有阀(在图5和6D中为 502)，用于有选择地膨胀和收缩球胆114。球胆114具有足够大的体积，以使在球胆114的体积利用空气或者其他气体膨胀时，所述膜的上边缘106升高到水体52的表面M。为了部署延展膜104，潮汐屏障100可以包括设置在延展膜104附近并与球胆114 的阀502流体连通的泵116(如图5所示)，以使泵116可以直接地或者通过存储罐118间接地膨胀或者收缩球胆114。泵116可以具有控制器120，该控制器可操作地配置成促动泵 116内的活塞122，以压缩空气或者其他气体，以便膨胀球胆114。所述泵还可以包括设置在水体52中并连接到活塞122的漂浮设备504，以使漂浮设备504响应水体水位的每日潮汐变化而致动活塞122。如图5所示，测量浮筒530可以放置在海中并锚定以便保持漂浮在海洋中的预定区域，从而监控高潮汐水位。测量浮筒530可以包括潮汐高度气压计或者传感器532，该传感器可操作地配置成感知并输出海拔高度或者潮汐水位变化。测量浮筒530可以进一步包括无线发射器534和可操作地连接到传感器532以及无线发射器534的控制器536。控制器536利用软件(例如，运行存储在控制器的存储设备中的程序的CPU)或者硬件逻辑电路 (例如，通过商业上可以获得的专用电路(ASIC)设备或者可编程逻辑电路(PAL))编程，以便(1)接收传感器532输出的海拔或者潮汐水位变化；(2)确定所述输出是否超过预定阈值；和C3)在超过所述预定阈值时，经由无线发射器534发射警报信号538。在这种实施方案中，泵116包括无线接收器539，该无线接收器可操作地配置成接收来自发射器532的警报信号538并向泵控制器120输出相应的警报信号。响应接收到所述相应的警报信号，泵控制器120致动泵116以部署潮汐屏障100并致动海洋船只警告系统M0，以指令立即部署潮汐屏障100。球胆114的阀502可以具有用于控制阀502的开启的控制输入506。泵控制器120 可以可操作地连接到控制输入506以打开阀502，从而响应反映水体中潮汐变化的威胁已经过去的输入信号而收缩球胆114。当球胆收缩时，延展膜104的上边缘106的至少一部分下降到抵靠海底50，如图1和2所示。当存储罐118用在潮汐屏障100中时，罐118设置成让罐118在泵116和球胆114 的阀502之间流体连通，如图5所示。在这种实施方案中，泵116适配成将用于膨胀球胆 114的一定量的空气或者其他气体泵送到罐118中用于存储。所述罐具有输出阀119，该输出阀适配成响应来自泵控制器120或者手动杠杆(图中未示出)的输入，将罐118内存储的所述一定量的气体释放到球胆114中，以便比泵116泵送空气更快地填充球胆114的体积。例如，存储的压缩空气的量能将球胆114填充至其最大体积的罐118可以具有阀119， 在该阀打开时，罐中的全部压缩空气几乎立刻填充球胆114，并且延展膜104的上边缘106 此后快速升高到水体52的表面54(例如，在小于10分钟内)。因此，符合本发明的潮汐屏障100适配成响应潮汐变化的威胁或者水体52内的涌浪而快速地部署。在一种实施方案中，球胆114沿着延展膜104的上边缘嵌入。在如图5所示的这种实施方案中，延展膜104在球胆114的阀502和罐118或者用于膨胀或收缩球胆114的泵116之间限定气体通道或者挠性管路508。如附图所示，球胆114可以是多个球胆114其中之一，每一个球胆沿着延展膜104 的上边缘106附连。每个球胆114可以具有经由通道508或者挠性管路串联连接到泵116 或罐118的相应阀502。每个球胆114具有各自的体积，以便在每个球胆114的体积利用空气或者其他气体经由泵116和/或罐118膨胀时，共同使得延展膜104的上边缘106升高到水体52的表面M。在这种实施方案中，泵控制器120可操作地配置成促动泵活塞122 来利用空气或者其他气体膨胀或收缩每个球胆114。在如图6D所示的替代实施方案中，每个球胆114的阀502可以经由单独的通道或挠性管路508连接成与泵116和/或罐118并行地流体连通。在这种实施方案中，每个球胆114较之串联连接到泵116和/或罐118的情况，可以更快地膨胀和收缩。在图6D所示的实施方案中，在潮汐屏障110中采用了集流管550以通过向共同构成球胆系统552的单个球胆114有效地部署空气或者其他气体而提高潮汐屏障100的延展膜104的部署速度。 集流管550利用单一挠性管件508连接到存储罐118，使得空气或者其他气体能借助连接到每个球胆114的单独挠性管路508a-508c直接分布到球胆114中。在这种实施方案中，存储在存储罐118中的空气或者其他气体可以经由集流管550有效地同时分布到球胆114，以膨胀球胆114并随后部署延展膜104。泵116可以电连接到可更新能源并由其提供动力，可更新能源诸如太阳能发电机 520、风力轮机522等。这种可更新能源可以设置在潮汐屏障所处的水体的表面处或表面上方。图7描绘了示例气动活塞促动器602，该气动活塞促动器可以用作潮汐屏障100中的泵116，以压缩空气或者其他气体，用于膨胀延展膜104中或者连接于其上的球胆114，从而部署所述潮汐屏障。促动器602由连接到漂浮系统606的气动活塞604构成，该漂浮系统响应促动器602所处位置的水体52中的波动而上下起伏。漂浮系统606包括漂浮在水体52表面上的漂浮组件618 ；和耐腐蚀钢结构614，所述钢结构将永久漂浮组件616直接连接到用来压缩空气或者其他气体的气动活塞604。静止的耐腐蚀钢制缸体610用在促动器 602中，以容纳活塞604的头部605并将经由漂浮组件618而来自活塞604的促动的压缩空气或者其他气体包含在缸体内部611中。缸体610经由永久基础系统612锚定在海底，该永久基础系统可以包括基础桩等。阀616将缸体610的内部611连接到管件608，管件608 连接用于潮汐屏障100中的存储罐118，用于将压缩空气或者气体分散到球胆114中，正如文中进一步描述。如图7所示，漂浮组件618可以包围或者设置在缸体610的一侧，并且连接到延伸出缸体610的一端的活塞604的杆部620。在这种实施方案中，当水体52中发生波动时，漂浮组件618致动缸体610内的活塞604，以压缩空气或者其他气体(可能经由轴所延伸的缸体中的入口从周围大气中引入到缸体内)，以使压缩空气或者气体通过阀616 和管件608排放到存储罐118中。图8描绘了示例的电磁漂浮发电机800，该发电机可用来向潮汐屏障100中的泵 116提供电力，以压缩空气或者其他气体，用于膨胀延展膜104中或者与其相连的球胆114。 虽然电磁漂浮发电机800描述为为泵116产生电力，但是发电机800可以用来向潮汐屏障 100的其他电气部件或者其他设备提供电力。电磁漂浮发电机800包括内腔802，该内腔由耐腐蚀材料(诸如不锈钢)构成，并容纳由金属或合金(诸如铜或钢)构成的导电线圈803。 缆绳或导线804将线圈803电连接到供电件或者泵116的输入部(在图8中未示出)。内腔802的一端805经由混凝土桩锚定到海底50，或者连接到用于发电机800的壳体结构，正如以下进一步详细解释。 电磁漂浮发电机800进一步包括漂浮系统806和外腔808，该外腔连接到漂浮系统 806，使得漂浮系统806导致外腔808响应发电机800所处位置的水体52中的波动而上下浮动。外腔808由钢或者其他耐腐蚀材料构成。漂浮系统806包括漂浮在水体52的表面 54上的漂浮组件810 ；和由耐腐蚀材料构成的结构812，该结构812将漂浮组件810直接连接到外腔808。漂浮组件810可以包围外腔803的一侧或者设置在该侧上。如图8所示，一个或者多个永磁体814设置在外腔808的一个或者多个内壁816 上。外腔808包封或者封闭容纳线圈803的内腔802的至少一部分并相对于该部分运动， 以使磁体814相对于线圈803周期性地定位。虽然线圈803因内腔802锚定在海底而实际上静止，但是随着外腔808 (以及磁场)响应水体52中的波动而上下浮动，线圈803至少一部分在由磁体814产生的磁场内有效运动或者进出该磁场。线圈803在该磁场内的运动或者进出该磁场的运动，在线圈803内产生相应的A/ C电流，该电流流出线缆804，提供电力为泵供电。虽然在图8中示出了缆绳804连接到线圈804的一端，但是缆绳804中的一条导线可以连接到线圈804的一端而缆绳804中的另一条导线可以连接到线圈804的另一端，使得缆绳804中连接到线圈804的端部的这两条导线可以电连接泵116的供电件或者电力输入部，以完成A/C电源电路。在一种实施方案中，电磁漂浮发电机800包括由不锈钢或者其他耐腐蚀材料构成的壳体818。壳体818包封内腔802、外腔808和漂浮系统806。壳体818的一端820经由永久基础系统822锚定到海底50，该永久基础系统822由钢罩壳8 构成，钢罩壳8 嵌入海底50，混凝土拟6填充罩壳824以便进一步将罩壳824以及发电机800锚定到海底50。 在这种实施方案中，内腔802的一端805附连到壳体818或者罩壳822。壳体818利用一个或多个开口 8 穿孔，允许水流入该壳体，使得壳体内的水50的水位随着波动而变化，导致漂浮系统806以及外腔808连同磁体814沿着内腔802的中轴线830上下运动，这种运动由图8中的方向箭头832所表示。壳体818可以包含用于潮汐屏障100的更大的塔台端锚定件124A和1MB，或者成为该锚定件的一部分。多个电磁漂浮发电机800和钢基础罩壳822 可以用于每个塔台124A和124B。每个壳体818和用于锚定壳体818的基础罩壳822由钢或者其他厚度足够大的高强度材料构造而成，使得电磁漂浮发电机800适配成耐受因发电机800放置在浅水区域52而产生的横向波动和作用力。返回到图1至5，潮汐屏障100还可以包括多个塔台124A-1MB，每个塔台相对于海底50锚定，并且在水体52如图2所示处于预定深度(d)时，在水体52的表面M上方延伸预定高度(h)。例如，预定高度(h)可以根据水体52的历史平均深度推算，并且预定高度 (h)可以基于先前或预测的潮汐变化或涌浪根据水体52深度平均增量而推算。在图1至5所示的实施方案中，采用两个塔台124A和1MB，并且它们设置在水边或海岸线附近的水体52的相对侧部。在这种实施方案中，网102包括附连到延展膜104的上边缘并且延伸上边缘106的长度的顶部缆绳1 (如图3-4最佳显示)。顶部缆绳1 具有连接到或者锚定到一个塔台124A的一端128，和连接到或者锚定到另一个塔台125B的另一端130，使得在球胆114(或者多个球胆)的体积膨胀并且膜104的上边缘相应地升高到水体52的表面M时，延展膜104的上边缘106从一个塔台124A向另一个塔台124B以水体 52流动限定的弧线(例如与潮汐变化或涌浪相关)延伸，如图3和4所示。当如文中所述部署潮汐屏障，并且网102的一侧132的水体水平随着潮汐流如图3至4所示那样升高时， 延展膜104的上边缘106相应地升高，导致延展膜在潮汐流的方向(由图4中的附图标记箭头136所反映)上形成悬链弧，使得水位升高被阻止越过网的一侧132到达另一侧134。 在潮汐变化或者涌浪导致水位深度(d)升高超过塔台124A和124B的预定高度(h)而导致峰值的情况下，潮汐屏障100的展开的延展膜104仍旧会“削掉”在网102的另一侧134进入内陆水道的该峰值。延展膜104上的主要作用力来自网102和延展膜104的部署过程中的拖曳以及接收潮汐变化或涌浪的网102的一侧132(例如，海洋侧)和与内陆水道中的水体关联的另一侧134之间由于水位差(如图4最清楚地示出)而导致的静水失衡，其中潮汐屏障100保护内陆水道的水岸免受潮汐变化或涌浪影响。产生的悬链弧(见图3至幻是对所施加的这些作用力的直接反应。网102以及延展膜104的曲率从网102处接收到潮汐变化或者涌浪时内陆水道入口的深度⑷以及塔台124A和124B的位置来推算。可能需要清淤来实现网102和延展膜104的优化悬垂性，用于抵抗潮汐变化或涌浪，以网102和延展膜104所需的最少结构材料对负载产生最大的阻力。因此，在传感器(图中未示出)指示威胁级别的潮汐涌浪接近时，潮汐屏障100可以部署，以便一个或多个球胆114(经由泵116或罐118)膨胀，延展膜104的上边缘106随后升高到水体52的表面54，并且延展膜104从水边(例如，塔台124A和124B之间)以悬链弧牵拉到海底52。当潮汐变化或涌浪消退并且不再需要潮汐屏障100时，(例如，经由泵控制器120)将球胆114收缩，并且延展膜104(或者至少其中间部分)下沉并抵靠在海底 50。 虽然描述了本发明的各种实施例，但是本领域技术人员应该理解，更多可行的实施例和实施方案也落入本发明的范围内。因此，除了依据附带的权利要求书及其等同文本之外，本发明并不受到限制。
权利要求
1.一种潮汐屏障，包括具有延展膜的网，所述延展膜具有上边缘和下边缘，所述下边缘具有多个锚定点，用于将所述下边缘附连到水体下的海底；附连到所述上边缘的球胆，并且所述球胆具有有选择地膨胀和收缩所述球胆的阀，所述球胆具有足够大的体积，以便在以气体膨胀该体积时，所述膜的所述上边缘升高到水体的表面；和设置在所述延展膜附近的泵，该泵与所述球胆的阀流体连通，所述泵具有控制器，用于有选择地促动所述泵以气体膨胀和收缩所述球胆。
2.如权利要求1所述的潮汐屏障，其特征在于，所述延展膜包括拉伸强度大于或等于 270ksi (1865MPa)的材料。
3.如权利要求1所述的潮汐屏障，其特征在于，所述延展膜包括以下述形成的材料钢缆加强的橡胶、钢缆加强的塑料、碳纤维、或者包括以聚氯乙烯涂覆的聚对苯二甲酸乙二醇酯丝线的织物。
4.如权利要求1所述的潮汐屏障，其特征在于，所述网进一步包括多条内部缆绳，所述内部缆绳在所述延展膜的下边缘和上边缘之间延伸，以便在所述球胆的体积膨胀并且所述膜的上边缘相应地升高到水体表面时，所述内部缆绳加强所述延展膜的拉伸强度。
5.如权利要求1所述的潮汐屏障，其特征在于，所述球胆沿着所述上边缘嵌入所述延展膜。
6.如权利要求1所述的潮汐屏障，其特征在于，所述延展膜在所述球胆的所述阀与所述泵之间限定一气体通道。
7.如权利要求1所述的潮汐屏障，其特征在于，所述球胆是多个球胆中的一个，每个球胆沿着所述延展膜的上边缘附连并且具有用于有选择地膨胀和收缩各个球胆的阀，每个球胆具有各自的体积，以便在每个球胆的体积借助气体膨胀时，共同使得所述膜的所述上边缘升高到水体的表面。
8.如权利要求7所述的潮汐屏障，其特征在于，所述泵与每个球胆的所述阀流体连通， 所述泵具有用于有选择地促动所述泵而借助气体膨胀和收缩每个球胆的控制器。
9.如权利要求1所述的潮汐屏障，进一步包括多个塔台，每个塔台相对于海底锚定并且在水体处于预定深度时，在水体表面上方延伸预定的高度，所述网进一步包括附连到所述延展膜的上边缘并沿着所述延展膜的上边缘长度延伸的顶部缆绳，所述顶部缆绳一端连接到一个塔台而另一端连接到另一个塔台，以使在所述球胆的体积膨胀并且所述膜的上边缘相应升高到水体表面时，所述延展膜的上边缘以由水体流动限定的弧线从一个塔台延伸到另一个塔台。
10.如权利要求9所述的潮汐屏障，其特征在于，当所述网一侧水体的水位随着水流升高时，所述延展膜的上边缘相应地升高，导致所述延展膜在水流方向上形成悬链弧，以使水位升高受到限制而不能越过所述网的一侧。
11.如权利要求1所述的潮汐屏障，进一步包括在所述泵和所述球胆的阀之间流体连通的罐，所述泵适配成将用于膨胀所述球胆的体积的一定量的气体泵送到所述罐中进行储存，所述罐具有输出阀，所述输出阀适配成响应输入而将所储存的一定量的气体释放到所述球胆中。
12.如权利要求11所述的潮汐屏障，其特征在于，所述泵包括活塞，所述活塞适配成在其被促动时将作为气体的空气压缩到所述罐中；和漂浮设备，所述漂浮设备设置在所述水体中并连接到所述活塞，以使所述漂浮设备响应水体水位的潮汐变化而促动所述活塞。
13.如权利要求11所述的潮汐屏障，其特征在于，所述球胆的所述阀具有控制输入，用于控制所述阀的开启，并且所述泵控制器可操作地连接到所述控制输入，以响应反映所述水体中的潮汐变化威胁已经过去的输入信号而打开所述阀以收缩所述球胆。
14.如权利要求1所述的潮汐屏障，其特征在于，在所述球胆收缩时，所述延展膜的所述上边缘的至少一部分下降到抵靠在海底上。
15.如权利要求1所述的潮汐屏障，其特征在于，所述球胆是多个球胆中的一个，每个球胆沿着所述延展膜的上边缘附连，每个球胆具有各自体积，以便在每个球胆的体积利用气体膨胀时，共同导致所述膜的所述上边缘上升到水体表面，并且所述潮汐屏障进一步包括集流管，所述集流管具有输入部和多个输出部，每个集流管输出部与相应一个球胆流体连通；在所述泵和所述集流管输入部之间流体连通的罐，其中所述泵适配成将用于膨胀每个球胆的体积的一定量的气体泵送到所述罐中进行储存，并且所述罐具有输出阀，该输出阀适配成响应于输入而将存储的一定量的气体经由所述集流管释放到所述球胆中。
16.如权利要求1所述的潮汐屏障，进一步包括测量浮筒，所述浮筒可操作地配置成漂浮在水面上，与所述潮汐屏障的网隔开预定距离，所述测量浮筒包括潮汐高度传感器，所述传感器可操作地配置成感知并输出潮汐水位变化；无线发射器；和控制器，所述控制器可操作地连接到所述传感器和所述无线发射器，所述控制器经过编程，以接收来自所述传感器的潮汐水位变化输出，判断所述输出是否超过预定阈值，并且在超过预定阈值时，经由所述无线发射器发射警报信号。
17.如权利要求15所述的潮汐屏障，其特征在于，所述泵包括无线接收器，所述无线接收器可操作地配置成接收来自所述发射器的警报信号并向所述泵控制器输出相应的警报信号，并且响应接收到所述相应的警报信号，所述泵控制器致动所述泵以膨胀所述球胆。
18.如权利要求1所述的潮汐屏障，进一步包括连续的混凝土底脚系统，所述混凝土底脚系统沿着海底设置，所述底脚系统沿着海底锚定并基本上密封所述延展膜的下边缘。
19.如权利要求18所述的潮汐屏障，其特征在于，所述网进一步包括多条内部缆绳，所述内部缆绳在所述延展膜的下边缘和上边缘之间延伸，以便在所述球胆的体积膨胀并且所述膜的上边缘相应地升高到水体表面时，所述内部缆绳加强所述延展膜的拉伸强度；所述混凝土底脚系统包括沿着海底形成的混凝土底脚和嵌入所述底脚中的多个球窝接头；每个接头的球窝限定所述底脚中的连续开口的相应部分，并且所述连续开口沿着所述底脚的长度延伸；保持在每个接头的球窝中的球头附连到相应一条内部缆绳的下端，以使所述延展膜的所述下边缘设置在所述底脚中的所述连续开口中。
20.如权利要求1所述的潮汐屏障，进一步包括电连接到所述泵而为所述泵提供动力的太阳能发电机和风力轮机其中之一。
21.如权利要求1所述的潮汐屏障，进一步包括电磁漂浮发电机，用于为所述泵提供动力，所述电磁漂浮发电机包括容纳导电线圈的内腔，所述导电线圈一端电连接到所述泵，所述内腔一端锚定到海底；漂浮系统，所述漂浮系统具有漂浮在水体表面上的漂浮组件；外腔，所述外腔连接到所述漂浮系统，以使所述漂浮系统让所述外腔响应所述发电机所处水体中的波动而上下浮动；和设置在所述外腔的内壁上的永磁体；其中所述外腔包封容纳所述线圈的所述内腔的至少一部分并相对于这部分运动，以使当所述外腔响应水体中的波动而上下浮动时，所述线圈的至少一部分有效地在由所述磁体产生的磁场中运动，从而在所述线圈中产生电流。
22.如权利要求21所述的潮汐屏障，进一步包括包封所述内腔、所述外腔和所述漂浮系统的壳体，所述壳体一端锚定在海底，所述壳体穿孔以具有一个或多个允许水流入所述壳体的开口，以便所述壳体内的水体高度随着波动变化，导致所述漂浮系统和所述外腔随着所述磁体沿着所述内腔的中轴线上下运动。
23.一种潮汐屏障，包括具有延展膜的网，所述延展膜具有上边缘和下边缘，所述下边缘具有多个锚定点，用于将所述下边缘附连到水体下的海底；附连到所述上边缘的球胆，并且所述球胆具有有选择地膨胀和收缩所述球胆的阀，所述球胆具有足够大的体积，以便在以气体膨胀该体积时，所述膜的所述上边缘升高到水体的表面；设置在所述延展膜附近的泵，该泵与所述球胆的阀流体连通；和在所述泵和所述球胆的阀之间流体连通的罐，所述泵适配成将用于膨胀所述球胆的体积的一定量的气体泵送到所述罐中进行储存，所述罐具有输出阀，所述输出阀适配成响应输入而将所储存的一定量的气体释放到所述球胆中。
24.一种泵，所述泵用于膨胀设置在容易发生潮汐变化的水体中的球胆，所述泵包括活塞；设置在所述水体中并连接到所述活塞的漂浮系统，以使所述漂浮系统响应所述水体中的潮汐变化而致动所述活塞。
25.如权利要求M所述的泵，进一步包括缸体，所述缸体容纳所述活塞的头部并且保持经由所述漂浮系统从所述活塞的促动而来的压缩空气，所述缸体具有用于向所述球胆分配所述压缩空气的阀，其中所述漂浮系统包括漂浮在水面上的漂浮组件，和将所述漂浮组件直接连接到所述活塞的结构。
26.一种用于为泵提供动力以膨胀球胆的电磁漂浮发电机，所述发电机包括容纳导电线圈的内腔，所述导电线圈一端电连接到所述泵，所述内腔一端锚定到水体下的海底；漂浮系统，所述漂浮系统具有漂浮在水体表面上的漂浮组件；外腔，所述外腔连接到所述漂浮系统，以使所述漂浮系统让所述外腔响应所述发电机所处水体中的波动而上下浮动；和设置在所述外腔的内壁上的永磁体，其中所述外腔包封容纳所述线圈的所述内腔的至少一部分并相对于这部分运动，以使当所述外腔响应水体中的波动而上下浮动时，所述线圈的至少一部分有效地在由所述磁体产生的磁场中运动，从而在所述线圈中产生电流。
27.如权利要求沈所述的电磁漂浮发电机，进一步包括包封所述内腔、所述外腔和所述漂浮系统的壳体，所述壳体一端锚定在海底，所述壳体穿孔以具有一个或多个允许水流入所述壳体的开口，以便所述壳体内的水体高度随着波动变化，导致所述漂浮系统和所述外腔随着所述磁体沿着所述内腔的中轴线上下运动。
全文摘要
提供了一种潮汐屏障，所述潮汐屏障可以响应潮汐变化有选择地部署。所述潮汐屏障包括具有延展膜的网，所述延展膜具有上边缘和下边缘。所述下边缘具有多个锚定点，用于将下边缘附连到水体下的海底。所述潮汐屏障还包括附连到上边缘的球胆，并且所述球胆具有有选择地膨胀和收缩球胆的阀。所述球胆具有足够大的体积，以便在以气体膨胀该体积时，所述膜的上边缘升高到水体的表面。泵设置在所述延展膜附近，该泵与所述球胆的阀流体连通。所述泵具有控制器，用于有选择地促动所述泵以气体膨胀和收缩所述球胆。
文档编号E02B3/04GK102472027SQ201080035980
公开日2012年5月23日 申请日期2010年8月12日 优先权日2009年8月14日
发明者克雷格·W·哈特曼, 马克·P·萨尔基西安 申请人:Som设计事务所