海洋能量采集机的制作方法

专利名称：海洋能量采集机的制作方法
技术领域：
本发明涉及能源领域，特别涉及用于由海浪产生能量的装置和方法。 本发明涉及能源领域，具体涉及能够由海浪能源产生机械能和电能的装 置，该装置效率最高、成本和维护费用最低，且不直接或间接地产生任何 温室气体(GHG)。
背景技术：
最初通过木柴、煤炭和石油提供动力的工业时代开始于差不多150年 前。现今，我们的能源经济似乎象永动机一样活跃不停。数十亿人享受着 史无前例的生活水准，并且国家如同漂浮在财富的河流中，这很大程度上 是因为在整个世界上，能源工业已经形成了油井、超大型油轮、输油管路、 煤矿、发电站、传输线路、汽车、卡车、火车以及轮船构成的庞大网络， 这种巨大的、不可思议的复杂系统几乎魔法般地将油及其烃类同系物、天 然气和煤炭转化为推动现代文明的热能、动力以及移动装置。这种人造奇 迹已几乎完美地进行了一百年，将煤炭、油、和天然气转变为经济和政治 权力，并且反过来相信确保更繁荣和稳定的方式非常简单找出更多的油、 煤炭和天然气。现今，廉价的石油因其高能量密度和可运输性己变成首要 的能源选择以及我们舒适和移动生活方式的基础。
现在全球化正推动着人类进入未来，数十亿人的生活质量的上升意味 着更多的能源、食物消耗、污染和疾病。但这却正面临着以下严酷现实的 挑战全球人口在1800年是10亿。到1925年翻了两倍，然后至1975又 翻了两倍达到40亿，并且在2000年增长到60亿。我们正进入一个新世纪，我们将面临着几乎我们所有人都依赖于一种能源的结果。转折点不是 在我们已抽干了所有的油井时到来，而是在需求超过生产时到来。这就是 能源价格暴涨的时期。另外，正在形成的一致意见是，我们正在向即将来 到的石油生产高峰期前进，而不是已经过了该高峰期。即使在非欧佩克组 织中的石油公司大量投资后，阿拉斯加州和北海地区也将要进入不可逆转
的衰退期。国际能源机构(IE A)估计，在下一个30年中，石油工业在 勘探和生产上需要投资数万亿美元。
如今新能源的探索是新世纪面临的最重要的挑战之一。世界的已证实 的石油储量的至少25%蕴藏于沙特阿拉伯。加上其4个临国，石油储备量 直达66%。碳基燃料尤其是石油，随着世界范围内对其持续增大的依赖性， 导致其绝对价格在最近10年得到迅猛的增长，连同政治和军事地位也在 最近10年得到大幅提升。并且如今，石油排放物和持续增长的全球变暖 问题、城市污染问题和儿童老人重要的健康问题之间都存在着直接的联 系。
如今能源生产已确定与全球变暖有关。其排放物排出C02和减少臭氧
层的颗粒，而向大气增加微粒。唯一的解决办法是开发不会产生热、二氧
化碳、含碳成分、so2以及废物，或者需要广泛的全球供给和提炼系统的
能源。而且我们不需要那种有碍观瞻的机器噪音布满乡村的能源产生技 术。石油当然不符合这些新的需求，乙醇、生物质甚至是风或传统的水力 发电也不符合这些新要求。只有阳光和海洋能源能满足这些高能源标准。 这样的物质转化对经济、环境和美国的外交政策来说将具有深远的意
义。托马斯弗莱德曼(Thomas Friedman),纽约时报专栏作家和《世界是 平的，二十一世纪简史》的作者，在《外交政策》杂志上发表了一篇论文 指出，石油价格与自由的步调总是逆向而行。许多第三世界国家遭受着影 响他们旅游业的城市污染以及削弱他们经济和疲软通货的高石油进口价 格和不断增加的电网故障。如今这些国家可以利用在美国研发的改进材 料、设计和生产系统来制造他们自己的可再生能源生产基础设施。
现存大约12种类型的波能转化系统。波能转化器可设置在海洋各个 可能的位置和区域中。其可以漂浮或完全浸没在近海中，或者其也可以位 于岸上或位于相对浅水中的海床上。位于海床上的能量转换器可以完全被浸没，其可以延伸到海平面上，或者其可以是放置在近海平台上的能量转 换器系统。然而，除了波能导航浮筒外，大多数原型系统放置在岸上或靠 岸放置。 一些系统从表面波吸收能量。其它系统从水面以下的压力波动吸 收能量或从全波吸收能量。 一些系统固定在适当位置以使波从其经过，而 其它系统追随波并与波一起移动。部分系统聚集并集中波，这增加了波的 高度和势能，以用于转换成电能。所有当前的竞争技术均为波提供了一些 将其动能传递给活塞或涡轮的方式而将波动转换为能量，这些方式不是简 单地存储这些能量，就是将这些能量直接传递到发电机设备中。
许多这样的装置依靠单独的漂浮物来吸收波能。用于将波能转换为有 用能的大多数现有技术依靠波的势能，即波的提升动力。这些现有技术以 表面面积或位移作为能量吸收的关键因素。表面作用波能转换器利用表面 面积捕获较小的少量有效表面波而向它们提供动力，而浸没的波能转换器 利用位移捕获更大百分比的呈重力波形式的整波能谱。通常，仅一小部分 入射能可被漂浮主体吸收。吸收的总值取决于在漂浮主体中激发的自由度 的数量。具有六个自由度，即垂荡、艏摇、横摇、纵荡、纵摇以及横荡。 当波从主体向外辐射时会消耗掉一定量的吸收能量。入射波中的能量或者 被主体吸收、反射，或者被传播。但是位移型的波能转换器昂贵得多，并 且仅能将能量从小的表面区域提取出来。
如今，仅有很少的波发电机系统在使用，并且除了一个以外其它的都 处于设计、测试或样机阶段中。工程师改进的具有水力发电和海上石油钻 探平台的大规模构造占据了波力发电发展的优势地位。限制波发电机发展 的原因主要是由于能源(海浪)的不寻常特性所致。波浪几乎完全由风和 携带势能的重力驱动压力波组成。目前釆用低效复杂的能量转换系统将势 能转化为可用的动能。另一重要的问题是定位。海洋环境对人类和机器来 说是最致命的环境。使得机器处于震动、潮湿、含盐、残骸、生物类型和 低温的持续侵袭中。该问题的第二部分在于需要将波能发电系统置于远海 的高波能区域。海洋波浪随着深度变浅而强度大大减小。这需要长的电力 传输基础设施，这种基础设施较昂贵且管线中存在巨大的电力损失。目前 以沿海为基础的岸上波能装置系统昂贵且有碍观瞻。海洋基础系统对航海 也有危险。位于大多数强波区域的近海型系统需要昂贵的深海锚固系统，
8并且暴露于最恶劣的暴风雨环境下。
当前海洋能量系统吸收海洋能量的有限频谱。这在能量不能承受损失 的低密度能量中尤其重要。许多这种装置规模巨大，以企图使整体能量转 换效率最大化，由于低密度能量的情况，整个表面面积甚至比能量转换效 率更为重要。许多装置釆用复杂的多级能量转换系统，以将海洋的势能转 化为动能。由于多数这些装置的复杂性和大小，所以它们的表面和工作部 件易于受漂浮残骸和海生植物的淤塞。许多装置需要复杂的系泊系统，这 些系泊系统安装昂贵，并且可能诱捕海洋野生物。 一些装置不能自扶正。 一些装置表面保持在暴风雨环境下而使得它们变得很容易坏损。许多装置 具有大量的部件，从而增大了故障机会且增加了构建成本。许多装置几乎 全部由定制的手工部件构成，这增大了整个生产成本，且更难以实现可量 测性。大多数装置设计成偏离它们自己的专门的系泊系统而单独操作，这 减少了它们的整体表面面积并增大了建造成本。由于许多装置的复杂性， 因此它们具有内在的惯性/质量以及表面摩擦。许多装置具有复杂的电力 系统，该电力系统需要昂贵且易损的密封件。许多装置设计成位于其中最 高能量区域进一步离岸即能达到的海岸附近，或位于开放的海洋中。大多 数装置不能由再生材料制成，这减小了它们的整体生命周期的能量成本。 大多数装置为单机装置，这些装置不能为渔船和私家船提供弱波浪区域。 大多数装置没有设计成用于大批量生产以降低成本。部分装置在海洋表面 上具有可见轮廓而有碍观瞻。许多装置不能作为风暴潮屏障，这是因为系 泊装置之间具有间隙。许多装置不能充分地适于淡水生产。波能脉冲的自 然周期需要利用更高电容的电气设备，以降低整个系统的经济成本。大多 数装置需要更大的液力阻尼，以减小横摇和纵摇，确保经济的电力生产。 许多装置不会在水中漂浮的尽可能低。部分装置不具有与它们的总位移量 相关的足够大的附加阻尼。许多装置不具有内在结合的卸载部件，此卸载 部件在一旦达到额定功率的波幅时自然地限制了负载和运动，在大的波浪 里解谐以防止过大的负载和运动。大多数装置不具有一定程度的共振特性 以提高小波浪中的能量捕获。大多数装置需要精密制造的高张力部件，这 些部件昂贵且难于大批量生产。大多数装置利用复杂的电气系统或贮水 器，以消除波能的脉冲特性。大多数装置不能满足全球化策略，以应对低
9密度全球能源的成功商业化。这需要大量的装置在全世界运作，并且要具 有跨国界的便利的可运输性。大多数波能转换器不够灵敏以即刻适应变化 的海洋环境，而使得它们能够吸收最多的能量，同时能够减小它们的能量 分布，以能够抵抗大的暴风雨环境。

发明内容
因此，本发明的若干目的和优点在于该装置吸收宽谱的波能该装置 是一种相对较小的模块化能量装置，其形成装置列，由于总体表面面积比 总体效率更重要，因此该装置列优于少数量的大尺寸的复杂能量装置；该 装置设计成既可离岸也能位于海洋中；该装置利用低速、高转矩的推进器 涡轮从10-20迈(mph)的重达数吨的碎波抽取能量；该装置利用圆形的、 不会淤塞的、自清洁表面和流通型设计来防止残骸和海洋生物的生长；该 装置的低速运行、圆形表面以及最小的锚固缆线对野生动植物是安全的； 该装置可以自我正位；该装置在风暴环境下浸入水中；该装置具有最少的 部件，从而降低了成本和故障可能性；该装置最大限度地利用可用部件； 该装置使得内在的惯性/质量和表面摩擦最小；该装置易于安装，且易于 拆除和进行年度保养;该装置没有复杂的电系统;该装置能够位于离岸200 英尺深度以上的位置处，或被置于开放海洋的最高能量区域中；该装置由 可再生材料构成；该装置为渔船和私家船形成低波区域；该装置可以以低 成本批量生产；该装置具有仅在一英里内可见的低可见轮廓；该装置还起 到了大暴风波浪和浪涌屏障的作用，这是因为在各单元之间没有间隙；该 装置更好地集成到水产品中；波能脉冲的自然循环通过空气压缩系统而被 消除，因此能够利用较低电容的电设备。这种节约可更多地抵消存储部件 的成本，从而提高了整个系统的经济性。其通过泵入压縮空气系统而解决 了波的循环动力的问题，从而形成岸基发电机。海洋波浪以多种方式变化， 因此需要一智能装置，以连续地进行自身改变，以转换最多的能量，并经 受住严酷的自然环境。该装置减小了横摇和纵摇，以确保经济地产生电。 主体设计成尽可能低的浮在水中。该装置对其移位具有显著的液力阻尼。 一旦达到额定功率波幅，则该装置自身就对载荷和运动进行限制和卸载。 引入一定程度的共振特性以提高小波浪中的动力捕获。大多数部件可用标 准钢批量生产， 一些部件可以全部为塑料部件。该装置是为围绕全球化战略的需要而设计的，以实现需要大量装置在全世界运行的低密度全球能源 的成功商业化。该装置的商用模式容易跨国界的运输，这使得其更好地适 于全球化。本发明的商用模式打破了在全球组织中，靠近市场的定位策略 与将其它商业方面集中化之间的平衡。可集中化的包括技术、产品开发、 市场、以及IT基础设施。其它分工例如销售、商业发展、以及供应链管 理也定位成最接近巿场，因此需要局部专门知识和区域变化主题。
本发明涉及一种海洋波能产生系统。本发明为廉价的、强壮且可移动 的设计，该设计成本低和能效高。 一种互连的海洋能量装置列，设计成用 于离岸和海洋场所，该装置列排列成穿过初波方向的路径，以吸收最大频 谱的波能。本发明具有无缠结的、自清洁表面，以抵制残骸和海生植物； 该装置的低速运行、圆形表面以及最小的锚固电缆为野生物提供了安全保 障。该装置在暴风雨环境下浸入海中。该装置具有最小化的部件数量以降 低成本和故障，以及最大限度地利用可用部件。该装置使得内在的惯性/ 质量、能量转换阶段的数量以及表面摩擦最小，以提供整体高能量转换效 率。该装置易于安装和拆除并通过自动化装置形成工作场所和服务。其主 要由可再生材料构成。其以低成本批量生产。无需支付能量成本、费用、 版税、房产税，这是因为波能自由且充足。其不会直接或间接产生温室气
体(GHG)。


通过参照附图，可更好地理解本发明，并且本领域技术人员可以清楚 本发明众多的特征和优点。为了简化和易于理解，在不同的图中对相同的 元件釆用相同的附图标记。
图1是结合本发明原理的一长列半浸没式漂浮装置列的俯视图。
图2为该装置列的一个单元的俯视图。
图3为该装置列的一个单元的侧视图。
图4为该装置列的一个单元的前视图。
图5为该装置列的该单元的能量吸收元件的侧视图。
图6为该装置列的该单元的能量吸收元件的前视图。
图7为该装置列的立体图，其清楚阐明了图1至6所示的图。
附图-附图标记
ii100装置列 102海洋能量模块 104支撑容器 106能量吸收器 119岸上存储器 120空气涡轮发电机 123布线束 125传感器网络 200聚积装置 201高压软管 202前缘 203电讯模块 204后缘
205电动气压控制器 206钢板 208后浮力管 209后浮力铰链 210波转向器 211稳定管 213防撞壁
112发电机设备 114水下压力管线 116压縮空气管 118松缆系泊系统 215鼻部 216可调翼板 217柔性连接件 219机载计算机 221前浮力管 400立柱/支柱 402推进器 403驱动轴 404变速箱 405单向阀 408空气压縮机 409防水外壳 412受控致动器 421气动控制器
具体实施例方式
下面详细描述本发明的示例性实施方式。虽然本发明的这些实施方式 是参照前述附图进行描述的，但是本领域人员可以清楚所描述的方法或具 体结构的各种修改和变更。所有这些基于本发明的教导并通过这些教导来 改进该技术的修改、变更或变型，均被认为落在本发明的精神和范围内。
图1是一长列半浸没式漂浮装置列100的俯视图，该装置列100包括 多个单独且相同的海洋能量模块102，这些海洋能量模块102以梁对梁的 方式配置和连接。装置列100 (包括若干海洋能量模块102)的每端通过 高浮力支撑容器104系泊至海底。尺寸约为100英尺宽、100英尺长和30
12英尺深的各个海洋能量模块102被连接在一起，以形成约1英里长的装置
列100，每个装置列100包括50个海洋能量模块102。每英里长的装置列 100有大约800个能量吸收器或转换器单元106，这些能量吸收器或转换 器单元106经由高压软管201、水下压力管线114和压縮空气管116连接 至岸上发电机设备112。
图2是海洋能量模块102的俯视图。每个海洋能量模块102包括能量 吸收器或转换器单元106，该能量吸收器或转换器单元106包括16个直径 为6英尺带4个叶片的推进器402，推进器402具有附接的外整流罩，每 个推进器402驱动一个空气压縮机408。图3是海洋能量模块102的侧视 图。聚积装置200为大约50英尺长100英尺宽的翼形结构，其前缘202 在水面下约30英尺，其后缘204在水面下0至约2英尺。聚积装置200 由约50X10英尺的薄壁钢板206构成，钢板206由直径约6英尺的薄壁 钢制后浮力管208和前浮力管221支撑，后浮力管208以梁对梁的方式延 伸穿过聚积装置200的后部，而前浮力管221以梁对梁的方式延伸穿过海 洋能量模块102的整个前部宽度。钢板206以液压的方式形成为与各板之 间的互锁接头互锁并粘接。聚积装置200的第一半相对平坦的水平部分弯 曲成大约45度。聚积装置200的角度可利用位于聚积装置200的后支撑 浮力管208与稳定管211之间的连接处的铰链机构209调节，该铰链机构 209由受到机载计算机(onboard computer) 219控制的电动气压控制器205 提供动力，该电动气压控制器205控制着聚积装置200的前缘202的高度。 前浮力管221和后浮力管208的浮力改变可用于改变聚积装置200的角度。 通过利用可调节翼板216来增加聚积装置200表面的诱导阻力。
图4是海洋能量模块102的前视图。图5是能量吸收器或转换器单元 106的侧视图，图6是能量吸收器或转换器单元106的前视图。每个能量 吸收器106均包括立杆/支柱400，其结合有推进器402、驱动轴403、变 速箱404和空气压縮机408。能量吸收器106类似于上下倒置的外伸马达 构造，其中轻质的复合推进器402附接到立杆/支柱400的上部的后侧， 以使推进器402可自由转过大约180度的圆弧。自润滑的复合驱动轴403 通过立杆/支柱400将旋转动力向下传送到位于底部且封装在流线形的防 水壳体409内的变速箱404和空气压縮机408，防水外壳409具有翼片用于冷却该单元。每个空气压缩机408的额定功率约为77kW。每个海洋能量 模块102的16个能量吸收器106中的每一个均穿过聚积装置200的后缘 204而经由铰链410附接到后浮力管208上，并通过电动气压控制的致动 器412保持为竖直，该电动气压控制的致动器412允许整个能量吸收器106
绕水平轴线向下旋转。
后浮力管208在其两端处通过铰链209与两个稳定管211附接，每个 稳定管211的直径均约为3英尺，长度约为100英尺，并由装配并焊接在 一起的薄壁钢部件构成。首部具有防撞壁(crash bulkhead) 213。该首 部具有流线型鼻部215。在稳定管211的后端处定位有从稳定管211的一 侧延伸出的聚积装置200，每个聚积装置200的长度均约为IOO英尺，宽 度约为50英尺。聚积装置200的一端固定地附接至右稳定管211，同时其 另一端通过由万向节构成的柔性联结器217附接至位于其正舷方的下一个 海洋能量模块102。
在单独一个单元的构造中，薄壁钢制挡板在其后端处附连至浮力管 208，该挡板向下延伸到聚积装置200并向前延伸到其前缘202。
挡板在能量吸收器106的紧后方折回。
每个海洋能量模块102均通过聚积装置200和一个稳定管211之间的 柔性附接件以及连接至另一稳定管211的固定附接件而附接至下一个海洋 能量模块。聚积装置200的外缘由与下一个海洋能量模块102连接的柔性 材料223构成。本发明的线束123通过自动印刷机施加到成型和轧制钢板 的平坦的聚合物表面涂层上。
用于每个海洋能量模块102的空气压縮系统包括大约6个由推进器 402驱动的空气压縮机408，空气压縮机408由在聚积装置200后端处的、 并作为累积器的己加压的后浮力管208连接。其通过柔性软管201连接到 下一个海洋能量模块102,这样将所有的海洋能量模块102连接成装置列 100。这些累积器包括每个海洋能量模块102的稳定管211、支撑容器104、 整个压缩空气管道和岸上存储器119。
每个海洋能量模块102具有16个大约77kW的空气压縮机408，这些 空气压縮机408通过单向阀405连接至高压软管201，高压软管201连通 装置列100中的所有海洋能量模块102，并经由水下高压管线114将压縮空气发送上岸，在岸上该压縮空气被空气涡轮发电机120转换成实用等级 的电能。
发电机设备112可定位在岸上，或者引至岸上的地下压縮空气管116 可设在更位于内陆的位置处。岸侧的压縮空气涡轮发电机120系统由于无 需煤、油，也无需设备具有核能量产生部，因此比标准的化石燃料动力装 置的规模小很多。其也可以是标准化的模块构造，以使特定于现场的设计、 现场工作和现场构造最少。空气涡轮发电机120将会是模块化设计，其优 选具有直接安装在其自身的发电机轴上的反转的桨叶片。所用的空气涡轮 发电机120不必是可海上用的。它们小和轻得足以被运送到现场。
装置列100将大约50个100英尺宽的海洋能量模块102连接在一起， 装置列100自身在每一端处连接到支撑容器104。该支撑容器104为圆形 的钢制单元，长度约为100英尺、直径约为3英尺，且具有与稳定管211 类似的构造。
系泊系统采用松缆系泊系统118，其具有用以支撑绝大部分系泊缆线 的大部分重量的浸没漂浮物，并采用锚索"扩散掺气板"("diffuser plate"。
电讯模块203放置在稳定管211的后防撞壁中的检査舱口下方。电讯 模块203包括平板卫星接收器。
在开放的海洋中，波浪具有这样的自然平衡，即，其形成的涌浪的长 在200至1400英尺长的范围内，最常见在700英尺的范围内。波浪变得 越高，它们就越不象正弦波，而是变成尖锐浪峰。该浪峰最终变得不稳定， 并且波浪到达尖锐度的上限，超过该尖锐度波浪将在其自身重力的作用下 落下。该上限是高度/长度比或尖锐度比为0.14的波浪。大多数波浪在 0.02至0. IO的尖锐度范围内会落下，平均为0.03或0.04。波浪在演化 过程中渐渐变高、变长，并因此变快(由于波速为长度的函数)。在风吹 延时(风吹在波浪上的时长)和风域(风吹在波浪上的距离)允许的情况 下，波浪将以这样的方式继续增长；直到其到达其完全发展的状态为止。 同时，由于波速增加，波速/风速比也增加。波浪高度的增大比长度的增 大快，直到其达到给定风强下的其最大高度。这在波速/风速比为0.5时 发生，并且由于波高最大且波长仍在增大，所以波浪处于其发展中的最陡200780029195.0
波长的大约10%。波浪在长度方面完全发展之 前仍需要更多的风吹延时和风域。由于波浪继续增长并因此速度也增大，
所以尖锐度逐渐减小，直到波速/风速比大约为1. 3且尖锐度大约为0. 025 为止。根据通常的经验法则，平均波高是风速的0.6倍减去5英尺。
本发明的主要对象是许多国家的离岸高波能量(65kW/米)的区域， 包括日本、中国、澳大利亚、新西兰、南非、苏格兰、爱尔兰、荷兰、 德国、挪威、冰岛、俄罗斯、加拿大、美国东西海岸、智利、阿根廷和夏 威夷，这些区域都具有高度约为6英尺、长度约为455英尺、波速约为30. 5 节(51.5英尺/秒)、周期约为IO秒的波浪，并且压力波的影响约达225 英尺远。本发明可按比例縮小，以在更低的功率输出下运行，具体为被设 计成用于31 kW/m2和17 kW/m2的海洋能量密度区域的500 kW和250 kW 单元的形式，从而使得本发明能够在世界许多地方成功运用。
本发明如下运行。海洋波浪为一连串高压区域和低压区域的序列，其 沿着波的涌浪整体大约一半长度对应深度的基本静止水的基础移动。压力 波的大部分能量靠近表面。本发明装置的基本理念在于用高摩擦的弯曲底 板取代静止水的上部，该高摩擦的弯曲底板模拟背风岸海滨。总的说来， 本发明的运行开始于波首先进入捕获能量的装置列100，该装置列100由 几百个海洋能量模块102装置连接在一起构成。
本发明采用大量的海洋能量模块102，并且以梁对梁的方式连接，以 形成一长列半浸没式的装置100，该装置列100布置成从平行于入射波波 峰的线截取波能。在浪涌朝向装置传播的过程中，各个波的转动遇到聚积 装置200的倾斜底板。转动能开始沿着倾斜底板缓慢传播，使波的旋转轴 线倾斜，而偏离其原始的垂直对称状态。波在底板的动量小于其在波峰的 动量。因此，波顶部处的速度大于其在底部的速度。当波峰的速度和动量 运动至超过沿着底板缓慢传播的转动能足够多时，波峰朝向波谷落下，从 而形成波浪叠加并导致其能量损失。能量损失率取决于海底的坡度。
聚积装置200被设计成产生汹涌型碎波(surging breaker),泅涌型 碎波在三种通常类型的碎波中能量最多且掺气最少。溢出型碎波 (spilling breaker)在坡度小的海底上损失其能量。波峰滑下波面，慢慢 地朝向海岸耗散其能量。坡度较陡的海底产生崩巻型碎波。该类型的碎波
16瞬间损失其很多能量。崩巻型碎波的特征在于波峰朝向波谷巻曲或"成管" 的较陡表面。在海底的坡度为最陡处产生汹涌型碎波。这些波几乎不以常
规的方式破碎；与此相反，它们平稳地滑上聚积装置200的斜坡，产生最
大动力，而水掺气最少。这造成水掺气最少，从而产生具有最长动力周期
的最密集波。因此，每个海洋能量模块102均将波转化为动能。这减缓了
波在浪涌前方的向前运动，在波朝向装置运动的过程中将波聚束起来。当
波进入聚积装置200时，其诱导阻力使上部向前落下，从而突然产生动能。 这一减缓还垫起并抬高了其后方的波，从而使波的整体动力脉冲的能量密 度增加，并使整个波周期减小。前浮力管221、后浮力管208和聚积装置 200装镇有很多水，可泵入和抽出水以提升其效率。
每个海洋能量模块102均捕获能量，并利用推进器402将捕获的能量 转换成压縮空气，每个推进器402均驱动空气压縮机408。这也通过利用 波转向器210得到进一步加强，该波转向器210也用作聚积装置200和波 转向器的加强肋。空气压縮系统利用整个受压的空气系统作为累积器来储 存能量，从而消除了周期性的波能量脉冲。这使得能够利用电容较低的电 设备。这种节约能够更多地抵消这种存储部件的成本，因此提高了整个系 统的经济性。通过抽吸到压縮空气系统(该压縮空气系统用作岸基发电机 设备112的储蓄器)也解决了周期性波动力的问题。
在每一秒的运行过程中，每英里长的装置列100的约800个能量吸收 器106中有大约200个经由水下高压管线114向岸上发电机设备112泵送 空气压力。利用大的小装置列来捕获波能的这种构造使得每个波的锋面面 积最大，从而充分利用波动力的其中一个主要优点，即每个波是风能并因 而是太阳能的凝聚形式。
聚积装置200起到了压力波聚积机构的作用，其抬升并向前驱动尽可 能多的水团，使得海洋来波在最短的距离内在海洋能量模块101上崩毁， 从而产生最集中的力并且不产生反向波。可通过利用铰链机构209和稳定 管211将前缘202的角度和深度调节成适于主要的波，该铰链机构209位 于后浮力管208和聚积装置200之间的连接处，而稳定管211由计算机控 制的电动气压控制器205提供动力。
聚积装置200使得波向前崩毁(collapse forward)，从而将其动力引入大约16个能量吸收器106。推进器402最优化为适于10-20迈的平均碎 波速度。虽然叶片的转动相对较慢，但是该转动产生大的力矩。推进器402 自由旋转过180度的圆弧，从而可收集各种偏心波冲角。推进器402由高 强度的复合材料制成，以减少惯性损失，因此它们能够很快加速，并能够 在较低的可变速度下高效旋转。每个能量吸收器106均通过复合材料固有 的柔性而自动再成形并重新自我调节以为了适于变化着的波尺寸和风吹 延时。推进器402的形状被设计成可消除淤塞、减少海生物的生长和处理 海洋残骸。能量吸收器106由于持续改变可程控的固态悬架(suspension) 而具有高的力矩特性，从而形成高的效率。可调节的推进器402是智能化 的，它们根据它们的挠曲形状来更新机载计算机219，它们的挠曲形状还 利用电动气压致动器412自动从波浪涌开始时的小角度、大力矩启动状态 转变到大角度、高速度的形状。聚积装置200在其前缘202和后缘204上 具有由计算机控制的活动流体动力面。
后浮力管208附接到聚积装置200的后缘204下方，用于支撑能量吸 收器106。推进器402的转动于是经由驱动轴403转化为能量，该能量通 过立柱/支柱400传送到位于其底部的齿轮箱404和空气压縮机408，通过 单向阀405和高压软管201传送到岸上存储器119，该岸上存储器119存 储压縮空气动力，以驱动空气涡轮发电机120。
海洋能量模块102由薄壁钢制成的直径约为3英尺、长度约为100英 尺的稳定管211构成。稳定管211位于聚积装置200的任一侧上，该聚积 装置200起到了非常大的浸没式阻尼器的作用。该装置相对于其自身作出 反作用运动，而不是相对于诸如海底的固定参考框架作出反作用运动。反 作用源是"长形向下波"(length-down-wave)，因为这允许在与暴风浪 相关的长的波长中能得到显著的解参考(de-referencing)，且在面对极限 波经过时，即当拉力载荷变得显著时，会呈现最小的横截面区域。各稳定 管211的首部呈流线型，以尽可能作为中性浮力，并且高效地穿透来波。 稳定管211通过加长或縮短其整体长度能够容易且低成本地调整成适于每 个现场的通常盛行海洋波浪。后浮力管221还有助于稳定海洋能量模块 102。稳定管211被设计成以最小的震动和升力穿透来波。稳定管211的 主要功能在于提供一种稳定平台，以保持海洋能量模块102相对于表面的
18位置，并且用稳定平台支撑聚积装置200和能量吸收器106。稳定管211 还用作装置列100中的坚固连接。为了减小横摇和纵摇，并且为了确保电 气的经济生产，而将海洋能量模块102设计成在水中飘浮得尽可能低。将 聚积装置200定位在海洋能量模块102的后半部中，聚积装置200大约50 英尺长100英尺宽，并从稳定管211的左、右任一侧引入。聚积装置102 的后部设计成尽可能快地排出失效波，并尽可能具有最小阻力，从而使通 过的压力波变形最小，这允许压力波在损失能量最小的情况下快速重组。 这也制造了在第一单元后面以平行的形式系泊其它装置列100的机会。聚 积装置200还设计成允许各能量吸收器106仅向下轻翻，以减小最大海况 期间海洋能量模块102上的应力。海洋能量模块102设计成在紧急情况下 沉下(例如在被大船碰撞后自由折断)，并且随后从海底复原。
各海洋能量模块102通过连接至聚积装置200的刚性附接件以及聚积 装置200的柔性联结高压软管201而附接到下一个海洋能量模块102上。 这些连接利用了具有减震材料的万向接头以减小应力。压縮空气连接高压 软管201从一个海洋能量模块102的后浮力管208引到下一个海洋能量模 块102的后浮力管208。
空气压縮系统在装置的运行中起到重要作用。通过管道长距离运送气 体中的损失远小于传输电力的损失。例如，对于氧气和氢气的输送而言， 只需要很小的泵送功率来使气体穿过管线。以此类推，在天然气的输送中， 700磅/每平方英寸(psi)的压力足以将气体运送到数百英里之外，而不 必设置辅助的泵送站。因此，为离岸能量釆集的气态产品设置管线更为有 效，这样就不会有将电力传输若干英里到达岸基发电设施的损失。波能装 置的输出将随着的不同波群的包络线轮廓而导致不均匀功率输出。空气压 缩系统利用累积器来存储能量以消除这些脉冲。这些累积器包括各海洋能 量模块102的稳定管211、支撑容器104、整个压縮空气管路系统以及岸 基压縮空气存储器。这使得能够利用电容较低的电设备。这种节约能够更 多地抵消这种存储器构件的成本，因此提高了整个系统的经济性。也解决 了波的周期性动力的问题。电动气压控制器205利用压縮空气系统的能量 来控制聚积装置200的角度及其深度，以及能量吸收器106的深度。
推进器402基本上是传统推进器重量减轻了的形式，其最优化为适于通常碎波的10-20迈的速度。釆用流线型整流罩改进了推进器402，各推 进器402的叶片的外端附接到该整流罩上。这使通过的水集中到推进器 402中。虽然叶片转动相对较慢，但是该转动产生大的力矩。推进器402 由高强度的复合材料制成，以减少惯性损失，所以它们能够快速加快，并 能够在较低的可变速度下高效旋转。能量吸收器106由于这些高转矩特性 而具有高的效率。推进器402的各叶片受到弹簧加载，以当叶片加速时增 加叶片的角度。各叶片具有一系列约l英寸高的成型肋。这些肋设计成吸 住水而减少充气的可能性，并从中获得更多的功率，与此同时加强了推进 器的结构并保护其免受残骸的损害。叶片在其转动中心处必然是不平衡 的，且由弹簧加载。通常，叶片处于几乎打开的位置，当波的密度增加时， 叶片利用由机载计算机219控制的气压可控弹回系统而放平，从而增加了 作用在驱动轴408上的力矩。也正是可气动调节的推进器402的叶片根据 这些叶片的挠曲形状更新机载计算机219，它们的挠曲形状能自动从波浪 涌开始时的小角度、大力矩、低速的启动状态转变到大角度、高速度的形 状。
在单独一个单元构造中，薄壁钢制挡板在其后端处附连至浮力管208， 该挡板向下延伸到聚积装置200并向前延伸到其前缘202，以容纳水下压 力波。该挡板在朝向能量吸收器106向内约24英寸的位置压縮来波，从 而增加了来波的动力。水被挤压，结果速度上升(伯努利原理)。由于能 量的动能部分随着水速的平方而上升，所以速度的小幅增加会使动能大幅 增加。这还产生了垂直侧壁表面，以将波有效地引入能量吸收器106中。 挡板在能量吸收器106的紧后方折回，以使排出水的出流最大化。挡板不 向海洋能量模块102提供额外的浮力。
利用发电机的系统复杂、笨重并且易于受潮。其通常需要输入励磁电 流，所以该系统始终耗电，并且还需要控制回路、开关或存储系统，所有 这些都必须放置在具有腐蚀性的海洋环境中。相比之下，压縮空气系统具 有最少的工作部件、重量轻、价廉且不怕腐蚀。发电机设备112能被设置 在岸边，或者通过采用压縮空气管116而被置于更加位于内陆的位置。岸 侧的由压縮空气提供动力的发电机设备112不喧嚣、无污染，尺寸小，且 无需煤、油，也无需设备具有核能产生部。其也可以是标准化的模块构造，以使特定于现场的设计、现场工作和现场构造最少。空气涡轮发电机为模 块化设计，优选具有直接安装在其自身发电机轴上的反转的叶片。所用的 空气涡轮发电机不必是可海上用的，也不必重量轻尺寸小，因此成本明显 低于那些要放置在各能量模块上的发电机。
装置列100将大约50个100英尺宽的海洋能量模块102连接在一起， 这些海洋能量模块自身在每一端处连接到支撑容器104。这些容器的设计 类似于各海洋能量模块102的主体，具有类似的构造，但尺寸较大，其长 约100英尺，直径为3英尺。它们的功能是承受作用在装置列100上的应 力。支撑容器104保持有额外的浮力，该额外的浮力防止装置列100的端 部处的海洋能量模块102由于装置列IOO上的全波诱导阻力而浸没。支撑 容器104也用作空气压縮贮存器。它们还可以自供应动力并被遥控，从而 为装置列100往返岸侧设施提供拖力。
松缆系泊系统(slack mooring system) 118是本发明重要的部分。其 不仅仅将装置列100连接到海床，而且被设计成与各海洋能量模块102互 相作用，实际上是反作用于海洋能量模块102，以减小系泊系统中的力并 使性能最佳。其采用松缆系泊系统，该松缆系泊系统具有浸没漂浮物以支 撑绝大部分系泊缆线的重量。其还采用锚索"扩散掺气板"。某些系统参 数，例如最小容许刚臂长度(yoke length)以及锚固器要求，取决于系 统寿命中期望的最大波浪；为此通常采用的估计是100年一遇的波浪。化 石燃料工业已针对锚固器设备提出了更好的方式，包括锚固器的钻孔机、 耐用且抗腐蚀的材料、以及位于底部利用连接器和改进了的缆线以在水下 运载电流的电网。
由于呈装置列100形式的海洋能量模块102是这样一种吸收波能的高
效能量吸收器，且允许水下压力波能可有效流动而穿过该海洋能量模块并 重新组合，所以可在前一装置列100的后方以平行的方式叠放若干个装置 列100。在某些情况下，这样的构造还可以起到防护性隔离物或防波堤的 作用，以减小因风暴波浪和风暴浪涌引起的损坏。
需要有智能装置，以持续地对其自身加以改变，从而转换最多的能量， 并能经受得住严酷的自然条件。能量吸收器106的响应函数是这样一种函 数，其将所吸收的动力表述为频率的函数。通过在所有频率上对谱密度函数和响应函数的乘积进行数学积分来确定海洋能量模块102从波吸取的动 力。本发明是智能化的，其需要有智能性。其扩大了与环境的交互作用。 因此，需要有智能装置，以持续地对其自身加以改变，从而转换最多的能 量，同时经受得住严酷的自然条件。波能即使在动力最密集的位置也发生 改变，因此该装置应能持续地针对这些变化进行自我调节，并为了保护而 收拢和潜入波下。其包括目标探测、碰撞警示、稳定控制、运行效率和
致动器控制。各海洋能量模块102上的机载计算机219与连接在装置列100 中的其它海洋能量模块102的机载计算机219在毫秒短脉冲信息的情况下 对话，以警示波特性即将要发生的阻碍性变化或即将要来临的残骸，从而 产生智能化的装置阵列。利用自学习神经网络的传感器网络125来监控所 有的驱动系统、流体力学效率，并连接导航灯和短程雷达，以在接近时触 发整个装置列100使其发光，同时发出警告烟火、号角尖响以及无线电信 号。
模制到海洋能量模块102中的传感器网络125连续监控各个子系统的 运行、海洋环境和安全性，并提供给机载计算机219。受生物启发的中心 控制系统类似大脑神经键进行工作，使每个传感器响应于不同的输入，因 此集成大量信息。这实时控制着"智能"海洋能量模块102的运行，并 确保持续而有效地转化最宽频谱的波能。系统管理包括用于在巨大波浪中 自动断幵系统并在波浪恢复到正常波形时自动地重新连接的复杂技术。其 产生普适计算(有电的任何事物内都具有软件)和普适网络(任何事物都 相互关联)。聚积装置200、稳定管211、能量吸收器106、传感器网络125 以及通信系统203形成"海上网络"，以提高装置的智能化程度并使其与 外部世界相连。该海洋能量模块102将被证实为具有低的成本及维护费用。 软件对全部所有系统进行监控，并向全球和区域特许计算机自动报告任何 的异常，以通报它们需要安排服务。这允许其利用岸侧远程控制单元远程 控制其系统，该岸侧远程控制单元由看起来与具有触敏控件的仪表板非常 类似的多用途大屏幕组成。其由平视显示器支撑。其降低了对运行、服务 和修理海洋能量模块102的空间和时间约束。
装置列100设计成可容易且经济地在岸基建筑物和服务设施与能量 产生现场之间运输。装置列100收拢成稳定的、低阻力的一系列单元，以
22钩住现场系泊系统或与其分离。这是通过利用气动铰链机构209而将整个
聚积装置200和能量吸收器106向上旋出水面而实现的。釆用拖船或自供 应动力的远程控制船来使装置列100向岸或离岸运动。
众所周知的是，在海洋环境中，布线是不耐用的连接。其不但一直受 到由酸性环境引起的腐蚀的侵袭，而且还处于冲击波的持续冲击和震动 下。在一周7天一天24小时处于海上、且设计成用来吸收海洋波的能量 而不是成形为类似于通常船只的海洋能量模块102上使用布线时，这一问 题加倍严重。配电箱内的互相连接与至线束的互相连接会产生笨重的线 捆。这会消耗有用的空间，并且需要高成本的手动点对点的布线。手动布 线不仅降低生产效率，而且会带来布线错误。缠住的线捆经常有可能发生 短路以及其他类型的电故障。本发明的布线是对线束设计的一种具有经济 性的替代方案。本发明的海洋能量模块102为"虚拟布线"系统上的印制 线路，且具有冗余布线。利用了布线束123的自动设计和制造。其被印制 在塑料衬底上，并粘接到管道的内壁。本发明的布线束123通过自动印刷 机施加到成型和轧制钢板的平坦的聚合物表面涂层上。印刷机在沿着板或 管的表面运动时，利用导电聚合物印制布线束123。由于不需要实际的布 线，所以能简化线束设计，并降低了成本。模块布线内的连接通过目前可 用的电连接器系统形成。这将其密封而免受腐蚀，并且对其进行支撑而免 受冲击波的持续震动。并且无需有用空间，无需高成本的手动点对点布线， 因此不仅提高了生产效率，而且减少了布线错误。当前可用的软件包能使 布线系统的设计自动化，该软件包把电、机械和制造数据集中在一起，并 以布线中心的方式进行显示。这利用了机械和电学CAD工具，补充了它们 现有的自动化性能，从而能更容易且更低廉地批量生产能量模块。
发电机设备112的技术与汽轮发电机和燃气涡轮发电机的技术相同， 汽轮发电机和燃气涡轮发电机是由现代社会运行的最可靠的机器，并且很 少出现意外断供的情况。涡轮发电机为模块化设计，优选具有直接安装在 其自身发电机轴上的反转桨叶片。所采用的空气涡轮发电机不必是可海上 用的，也不必使它们小且轻，而如果要将它们放置在各能量模块102上， 则要使它们能在海上使用且小而轻。这大大降低了成本和维护费用。整个 单元可以由标准化的模块构件构成，以使特定于现场的设计、现场工作和现场构造最少。发电机设备112可定位在岸上，或者压缩空气管116可设 在更位于内陆的位置处。由压縮空气涡轮驱动的发电机系统运行起来没有 喧嚣和污染。整个发电机设备116的规模远小于相同大小的要供给燃料的 设备，这是因为无需煤、油，也无需设备具有核能量产生部。具体的场所 类型将不会受到当前的油/气发电排放物以及有关安全性和噪音考虑的限 制。
由于海洋能固有的低能量分布性质，成功的能量转换系统的一重要因 素在于要快速且低成本地生产大量这些装置。因此，本发明人将该需求结
合到其设计中。本发明为成套海洋能量模块102釆用了可批量生产的设计，
利用了液压形成的薄壁钢管和面板部分的制造系统，薄壁钢管和面板部分 粘合在一起并涂布有弹道塑料(ballistic plastic)。
电讯模块203被集成到各海洋能量模块102中，海洋能量模块102包 括与卖方进行通信以获取工程和技术支持、提供设计反馈、和取得系统升 级的软件。供应商网络模块包括使当地和离岸供应商能就制造相互沟通的 硬件和软件。最后但并非最不重要的，制造包括重复利用模块，其从旧的、 老化的能量模块上剥离和分离钢、聚合物和部件，使得它们能够重新用于 制造。
制造系统由多个互连模块构造，这些互连模块彼此插接以监控各模块 并与之通信。如果船运箱达到计划的生产现场，则第一个要打幵的模块是 用户友好的制造计算机程序。这与家用计算机中使用的安装程序大致相 当。该程序自动指示操作者如何用他们自己的语言设定整个制造程序，同 时自动检查所有连接和软件界面。接着要执行的是功率管理系统模块，该 功率管理系统模块将本地电网自动升级到制造系统的电力要求，并保护设 备免于电力不足和电涌的影响。总管理系统模块包括连接和控制全部生产 阶段的计算机硬件和软件。其打包的软件利用内置的人工智能和模糊逻 辑，并能够快速升级。其包括所有必需的生产、资金、工程、维护和市场 软件，以管理能量模块制造厂。
使用该改进的制造系统，可将生产工厂运送到世界上几乎所有国家， 并能快速装配，以批量生产波能模块。只要想到这些装置从制造上来看与 汽车类似，并且仅在美国每年就制造1700万车辆，就可知基于发明人的
24设计的波能发电机模块将形成约50MW/mile的产能。只要工具到位，就可 在不到24个月的时间内，在一个区域性制造工厂中建成大约100英里或 10， OOO个单元，并加以安装。
对于超出能与岸侧发电设施经济相连的范围的离岸位置，可在支撑容 器104内放置机载电解槽(onboard electrolyzer)和水蒸馏系统。该水蒸
馏系统供给电解槽，电解槽供给氢液化模块，所有这些均由受压缩空气系 统驱动的机载空气涡轮(onboard air turbine)供应动力。液化氢然后被 通过管道输送到改装了的CNG容器船或呈固定拱度形状的底部/顶部容器 长约500英尺直径约为50英尺的特别设计的船上。 一旦被充满液化氢， 这些船会自动脱离，并被远程控制成与靠近岸附近的离岸CNG卸载浮筒接 驳。
本发明由于设计和构造而固有耐久性。由于该装置列100的成组的、
以及在遇到最大载荷极限时就半浸没的小阻力结构，所以该装置被设计成
能够利用最多的海洋条件。其被设计成在暴风浪条件下浸没。本发明利用
若干方法来抗腐蚀，包括保护性涂层、高频振动以及阴极保护，该阴极保
护是通过使框架流通通过弱的电流而将腐蚀化学物吸引到称为牺牲阳极
的不同金属的充电板上实现的。本发明是自清洁的。来自外壳中的能量吸
收模块102和传感器网络125的输出的数据指出何时有残骸破坏运行，从
而使吸收器模块102向下枢转以进行自清洁。甚至能量吸收器106的推进
器402的叶片也在每一转动中受到清洁，从而避免动植物体聚集。利用了
固态发光聚合物，它们为可编程聚合物，可为夜间和低可见度的外部环境
提供多种信号和警示光选择方案。各能量吸收器106的顶部具有两个廉价
的与岸侧监控器相连的固态微型彩色照相机。压縮空气系统的空气输入穿
过位于安装在平台上的桅杆顶部的汽笛机构，以使其发出稳定的脉冲警告 音。
从而，读者会清楚，本发明吸收较宽频谱的波能，并且因为其能被构 造成半浸没式的装置列，所以其表面积最大化，从而提高了整体功率输出。 该装置设计成用于离岸和位于海洋中，并利用经过检验了的低速、高转矩 推进器以提取能量，该推进器可处理重达数吨的碎波。本发明利用圆形的、 不会有淤塞的、自清洁表面来排除残骸和海洋生物。其低速、圆形表面和安全的。该装置为自正位装置，并且在风 暴环境下浸入水中。其具有最少的部件，从而降低了成本和故障率。该装 置由通常可获得的部件构成。本发明使得内在的惯性/质量和表面摩擦最 小。其易于安装在现场，并易于拆除以进行年度保养。该装置没有复杂的 电系统。其能够位于离岸200英尺以上的位置处，或被置于开放海洋的最 高能量区域中。
虽然以上的描述包括了具体情况，但是不应认为是对本发明的范围的 限制，而仅仅是本发明一个优选实施方式的示例。可以进行许多其它的变 更。
一可选实施方式是将稳定管放置在聚积装置和能量吸收器系统的后 面。在该结构中，在稳定管的后部增加流线型压载箱，以帮助抵消聚积装 置和能量吸收器系统的质量。
一可选实施方式是用于开放海洋的形式，这种形式将压縮空气引入流 线型飘浮吊舱中，该飘浮吊舱还保持住吊锚固装置。在此，压縮空气驱动 反渗透海水淡化器，该海水淡化器将海水转换成淡水，然后将淡水抽送到 电解槽中，该电解槽通过由空气压力驱动的涡轮发电机提供动力。这用于 将水分离成氢，其中氢被液化和分配回到可拆卸的存储吊舱中，以通过拖 拉船运到海岸。
一可选实施方式是利用来自离岸装置列的水下管线的压縮空气冲压 而直接驱动岸上的反渗透水制造系统，这比利用电泵的能量效率要高。
一可选实施方式是采用电力线通讯宽带(BPL)技术，该宽带允许本 发明的离岸形式经由因特网将所有的监控和控制反馈发送至世界任何地 方的岸上系统。
一可选实施方式是沿聚积装置的长度每25英尺放置一个挡板，以加
强聚积装置并将波能转到能量吸收器中。
一可选实施方式是用具有高强度复合聚合物材料来替代钢板和管道。 在一可选实施方式中，聚积装置可由通过聚合物涂层而密封开海水的
铝板构成。
在一可选实施方式中，能量吸收器通过压縮一块气囊700来吸收崩毁 波的撞击，该气囊700夹在聚积装置和柔性板223之间。从而落在海洋能
26量模块上的数吨水挤压气囊700，其吹动空气通过放置在气囊700内的自
调整涡轮，从而发电，产生的电存储在超电容中，然后通过地下电缆传送 到岸侧电网上。
在一可选实施方式中，聚积装置、稳定管和前、后浮力管由标准的海 用等级的玻璃纤维构成，能通过利用阴、阳低压模具以节约成本的方式并 快速成型这些部件。沿玻璃纤维的弯曲形状和内泡沫芯使得整个单元坚固 而且轻。
在一可选实施方式中，能量吸收器吸收打碎的海洋波动能，并通过利 用大的螺旋形浮动螺钉将其转换成电，所述浮动螺钉在它们的端部处附接 到半柔性转动螺桨轴上，所述转动螺桨轴通向安装在立杆/支柱后面的万 向节上的密封永磁发电机。
在一可选实施方式中，海洋能量模块可被建成为1000英尺宽100英 尺长。在一可选实施方式中，海洋能量模块可针对较低能量密度位置而縮 小，包括大约250kW的单元和500kW的单元。
在一可选实施方式中，聚积装置的形状可利用前缘和后缘可动翼板加 以改变。
在一可选实施方式中，聚积装置的表面可通过利用箔片、凹痕、肋条 和其它微型形状而增大，以诱导更大或更小的阻力。
在一可选实施方式中，可用各种方法来保持大表面清洁，其中包括生 态防淤塞和硅涂料。
在一可选实施方式中，大尺度的热成形可取代注射成型、玻璃纤维层 积以及用于大规模部件的模压成型。这些热成形树脂降低了制造成本，提 供了模内装饰，并防风雨，抗刮擦和抗撞击。
在一可选实施方式中，各能量吸收器通过复合材料中固有的柔性特性 而能自动地重新成形和重新调整，使其适于不断变化着的波浪尺寸和风吹 延时。
在一可选实施方式中，推进器可设计成消除淤塞、减少海生物的生长， 并能处理海洋残骸。
在一可选实施方式中，用垂直鱼尾形状的构造来代替推进器。最近经研究发现，鸟类和鱼类中的悬翼部分的能效高于人类使用的推进器。立杆 /支柱是翼的前缘，其具有铰接的尾部和后副翼，用于调平。该来来回回 的动作将从通过的碎波中提取出动力。其不喧嚣且不会淤塞。
在一可选实施方式中，聚积装置是适当设计的柔顺机构，其特别适于 形变应用场合，包括飞行器上的使得沿翼展扭转或改变挠曲度的自适应结 构。
在一可选设计中，能量吸收器驱动附接到立柱/支柱底部的永磁发电 机，经由高功率水下电缆向岸上输送电，将电发送到主电力网。永磁发电 机不需要齿轮箱，从而显著地降低了功率损失和维护成本。
在一可选构造中，可由水平鲸尾构造来替代推进器。能飞或游的大多 数生物的运动可由称为斯德鲁哈尔数的一个数学比例值来表征，该比例值 即为动物行进速度与动物拍翼或挥尾频率的比。该数值通过给出动物体与 其推进产生的涡之间的相互作用而表明了动物是如何有效地在空气或水 中运动。在选择飞行动物的情况下，斯德鲁哈尔数为0.3，该值与尾部推 进水生动物(例如海豚和鲨鱼以及其它鱼类)的数值相同。独立进化的动 物遵循着相同的几何规律。当鲸尾上下穿过通过的碎波时，其可致动位于 其底部的气泵。
在一可选设计中，将大约500英尺长的较短部分一起锁定到一较长结 构上。这些装置列获得平衡数量的波前，从而不像其它波能转换器那样使 每一波前不稳定。这允许波前继续尽可能不受干扰并重新成形，从而可在 其后布置更多排装置列。
一可选设计是利用直径大、长度短的弹簧来连接多个单元，使得接头 可扭曲和挠变，从而吸收两部分间的挤压力。
在一可选构造中，由柔性膜尾来代替推进器。能量模块是六尾布置，
而且围绕各个尾的侧隆起(spine)安装有露出的气囊。当波撞击在结构 上时，空气经由中空隆起被挤入六个气袋之间，该中空隆起配备有自调整 涡轮。向着各室冲击柔性膜的波交替地挤压和膨胀内部的空气，从而驱动 空气涡轮。
在一可选构造中，聚积装置用水压载。
在一可选构造中，聚积装置和能量吸收器支撑管可附接到公共的中心板，该中心板在液压的控制下在主壳体上上下滑动，从而根据波的状况而 改变设备的深度。
在一可选构造中，聚积装置可设计成具有多种形状、长度、宽度、曲 线以及材料。
在一可选构造中，稳定管可设计成具有多种形状、长度、宽度、曲线 以及材料。
在一可选构造中，前浮力管和后浮力管可设计成具有多种形状、长度、 宽度、曲线以及材料。 工业实用性
本发明可在工业上应用于由海洋波浪产生能量的装置的改进、制造和 应用。
权利要求
1. 一种两个或更多个海洋能量模块的网络，用于利用自然发生的过程将海洋能量转换成有用的能量，以放大、浓缩和转换海洋动能，各模块包括a. 聚积装置，其包括具有前缘和后缘的表面，该表面成形为浓缩和放大海洋波能，其中所述表面在前半部包括约45度的斜坡，并在后缘附近包括近似水平部分，所述前缘包括前浮力部件，其中所述前浮力部件能被加以调整从而改变所述前缘的高度，并且所述前缘至多位于水面下约30英尺处，所述后缘包括后浮力部件，其中所述后浮力部件能被加以调整从而改变所述后缘的高度，并且所述后缘位于水面下约0英尺到约2英尺处，并且其中所述聚积装置由水压载；b. 一个或多个稳定部件，其与所述聚积装置连接，以向所述聚积装置提供支撑；c. 能量吸收器单元，其由高强度复合材料构成，定位在所述聚积装置的后缘附近，以将波能转换成压缩空气，其中所述能量吸收器单元通常定位成竖立，但是能绕大致垂直于来波的轴线转动，以卸载来波的任何过多能量，并且其中所述能量吸收器单元通过持续改变可程控的固态悬架而具有高转矩特性；d. 高压软管，其运载所述压缩空气离开所述能量吸收器单元；以及e. 空气涡轮发电机，其将所述压缩空气转换成电能。
2. —种用于将海洋能量转换成有用能量的海洋能量模块，包括a. 聚积装置，其包括具有前缘和侧缘的表面，该表面成形为浓縮和 放大海洋波能，其中所述前缘至多位于水面下约30英尺处，且所述后缘 位于水面上约2英尺到水面下约2英尺处；b. 稳定部件，其与所述聚积装置连接，以向所述聚积装置提供支撑；c. 能量吸收器单元，其定位在所述聚积装置的后缘附近，以将波能转换成压缩空气。
3. 根据权利要求2所述的海洋能量模块，其中，所述能量吸收器单 元定位成大致竖立。
4. 根据权利要求2所述的海洋能量模块，其中，所述能量吸收器单元可绕大致垂直于来波的轴线转动，以卸载来波的任何过多能量。
5. 根据权利要求2所述的海洋能量模块，其中，所述表面在所述前 缘附近大致呈约45度的角度，在所述后缘附近近似水平，并且在所述前 缘与所述后缘之间基本是弯曲的。
6. 根据权利要求2所述的海洋能量模块，其中，a. 所述前缘还包括前浮力部件，其中所述前浮力部件(221)能被加 以调整从而改变所述前缘的高度，而且b. 所述后缘还包括后浮力部件，其中所述后浮力部件能被加以调整 从而改变后缘(204)的高度。
7. 根据权利要求2所述的海洋能量模块，其中，所述聚积装置由水 压载。
8. 根据权利要求2所述的海洋能量模块，其中，所述能量吸收器单 元通过持续改变可程控的固态悬架而具有高转矩特性。
9. 根据权利要求2所述的海洋能量模块，其中，所述能量吸收器单 元由高强度的复合材料制成。
10. 根据权利要求2所述的海洋能量模块，其中，所述稳定管定位在 所述聚积装置与所述能量吸收器单元的后面。
11. 根据权利要求2所述的海洋能量模块，其还包括a. 高压软管，其运载所述压縮空气离开所述能量吸收器单元；以及b. 空气涡轮发电机，其将所述压缩空气转换成电能。
12. 根据权利要求2所述的海洋能量模块，其还包括a. 用于固定所述模块的松缆系泊系统，其中，所述系泊系统包括系 泊缆线和用以支撑所述系泊缆线的大部分重量的浸没漂浮物；b. 机载计算机；以及c. 电动气压控制器，其由所述机载计算机控制，以调整所述聚积装 置的所述前缘的高度。
13. —种互连的用于将大面积的海洋波浪转换成有用能量的海洋能量 转换装置列，其包括a.多个海洋能量模块装置，其配置成从平行所述入射波波峰的线截 取能量，其中各海洋能量模块通过聚积装置和第一稳定管之间的柔性连接件以及至第二稳定管的固定附接件而附连至相邻的海洋能量模块；b. 多个空气压縮机，其中各空气压縮机通过单向阀与相邻的空气压縮机连接；c. 列的大约每1， 000英尺长有一至海底的系泊装置；d. 通到岸上的水下传输系统；e. 其中所述聚积装置包括具有前缘和侧缘的表面，该表面成形为浓 縮和放大海洋波能，其中所述前缘至多位于水面下约30英尺处，并且所 述后缘位于水面上约2英尺到水面下约2英尺处。
14. 一种用于将海洋波能转换成有用能量的方法，包括以下步骤a. 通过在海洋波浪接近多个能量吸收器单元时减缓海洋波浪的向前 运动而产生汹涌型碎波；b. 引导所述汹涌型碎波穿过所述能量吸收器单元；c. 将能量从所述汹涌型碎波转换成压縮空气；d. 将所述压縮空气运送到一个或多个涡轮发电机；以及e. 将来自所述压縮空气的气压能转换成电能。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中，所述产生汹涌型碎波的步 骤包括使所述海洋波浪与具有表面、前缘以及后缘的聚积装置接合；所述 表面在所述前缘处具有约45度的斜坡、在所述后缘附近具有近似水平的 斜坡、且在所述前缘和所述后缘之间基本是弯曲的；所述前缘至少位于海 面下约30英尺处，且所述后缘位于海面下约0英尺到约2英尺处。
16. 根据权利要求15所述的方法，其还包括通过调整定位在所述 聚积装置的前缘和后缘附近的浮力部件的内容物而调整所述聚积装置的 位置或角度。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中，所述浮力部件的内容物包 括水和空气。
18. 根据权利要求14所述的方法，其中，所述能量吸收器单元是大 致竖立的。
19. 根据权利要求14所述的方法，其中，所述能量吸收器单元可绕 大致垂直于来波的轴线转动，以卸载来波的任何过多能量。
20. 根据权利要求14所述的方法，其还包括积聚并混合来自多个能:吸收器单元的压縮空气，从而消除海洋波能的周期性(
全文摘要
一种改进的海洋能量转换器，具有半浸没装置，该装置设计成从海洋获取能量。各装置互相连接，以形成互连的海洋能量装置列的长线，该装置列锚固在与盛行海洋波正交角度处。各能量模块的前部和后部均具有内部压载。各装置具有浸没的逆弯曲翼部分，其附接至飘浮的稳定管上。翼的后缘具有若干个支柱以支撑推进器，该推进器驱动内部空气压缩机。多个空气压缩机连接在一起并连接到装置列中的其它空气压缩机，并且这些空气压缩机依次连接到从水下通向岸上空气涡轮发电机的高压线，空气涡轮发电机与本地电力网连接。
文档编号F03B13/00GK101506520SQ200780029195
公开日2009年8月12日 申请日期2007年6月13日 优先权日2006年6月13日
发明者C·S·卡特林 申请人:C·S·卡特林