用于推进以及波能转换的装置的制作方法

1.本发明涉及能量领域，且更确切地说，涉及从波浪到任何其它类型的可用能量的能量转换。
2.出于此目的，本发明的目的是一种装置或“波能转换系统”，通过所述装置或“波能转换系统”将由涌浪产生的波浪移动的能量转换成可用能量，同时产生与涌浪方向相反的推进力。
3.实际上，在海洋的水面形成的涌浪是主要由风产生的波浪现象并且能够提供可再生能源。通过转换这种可再生能源而产生的能量可以是机械能、液压能甚至电能。在产生电能的情况下，预期为装置上的电气设备供电或将电能输送到配电网。
4.这种可再生能源的捕获和转换可以通过多种方式完成，但大多数当前的波能转换系统都基于单一原理。它包括随着波浪相对于固定元件的移动而发生的移动元件的位移。第一元件相对于第二元件的此位移随后通过能量转换系统转换成可用能量。
5.世界上存在多个波能转换系统，并且它们可以分成三个主要类别：
[0006]-被称为“点吸收器”的升沉系统，其由浮动结构物组成，部分或完全浸没在水中，连接至设置在底部上的重力基座。或者两个浮动结构通过垂直平移自由度连接，其中一个浮动结构跟随涌浪，而另一个具有大惯性且几乎不移动-往复式襟翼，其设置在近岸浅水中的重力底座上。它们通过水粒子的水平移动而旋转。
[0007]-振荡水柱可以浮动或附着在岸边，并且其中波浪的压力使位于隧道中的压缩空气涡轮转动。
[0008]
在转换成电能的情况下，转换系统基于使用由另一元件在波浪作用下的旋转而致动的发电机。此元件可以是液压电机，也可以直接是发电机本身。
[0009]
目前，波能转换系统的商业开发的主要障碍是不成熟并且生产和维护成本高。实际上，与技术现已成熟且生产成本不断下降的太阳能或风能等其它可再生能源相比，它们所面临的恶劣环境条件加上中等效率使得能源生产成本缺乏竞争力。
[0010]
事实上，安装在海上的波能转换系统的高成本项目在于构成必须能够承受这些环境条件的波能转换系统的材料，并且还在于其在海洋环境中的安装，例如涉及锚定。
[0011]
因此，仍然需要提出一种能够有效地转换由波浪移动产生的可再生能源的低成本技术方案。
[0012]
此外，寻求降低动力船的燃料消耗，并且需要提出一种辅助推进的技术方案，该推进从涌浪能量中提取能量。


技术实现要素：

[0013]
为此目的，此处提出一种用于推进以及转换来自波浪移动的能量的装置，所述装置包括至少一个浮动结构1、至少一个龙骨2，所述至少一个龙骨根据沿着升沉轴z相对于所述浮动结构的至少一个滑动移动gt可移动地安装在浮动结构上，
[0014]
其特征在于，所述装置包括至少一个襟翼3，所述襟翼通过铰接系统a1、a2、a3连接
到龙骨以及浮动结构1，其中所述襟翼被配置成位于水面下方，布置成通过在波浪移动的作用下振荡旋转来跟随所述龙骨的振荡，并且产生基本上指向所述浮动结构的重心的推进力。
[0015]
由于这些布置，往复襟翼产生的水平推进力用于逆流漂浮，以抵消局部风的影响和/或海流的影响和/或涌浪本身的影响。实际上，有利的是，襟翼的振荡旋转在与涌浪方向相反的方向上产生推进力。具有基本水平合力的这种推进力用于使浮动结构逆着涌浪以及逆流和/或风向前移动。
[0016]
有利的是，当浮动结构连接到船舶例如，轮船、驳船等的后部即船尾时，由浮动结构产生的推进力可以减少对船舶的其它推进系统的需求。例如，当船舶配备有螺旋桨电机作为第一推进构件时，使用船舶船尾的浮动结构可以有利地降低燃料消耗。根据另一连接的优点，振荡龙骨可以与发电机例如电耦合，通过所述发电机向船舶提供电能。
[0017]
应注意，在出现涌浪时，襟翼通过振荡旋转促使龙骨与浮动结构之间的相对移动，从而允许从波浪移动中回收能量。此外，作为反应，还通过龙骨和浮动结构物的相对升沉促使襟翼的移动，从而导致相互耦合并相互放大的两个相对移动。
[0018]
在浮动结构连接到锚定元件的情况下，产生的推进力可以有助于减小施加在锚定点上的力。锚定力的这种减小具有允许更轻且成本更低的锚定技术方案的优点。
[0019]
在本发明的各种实施例中，可以进一步使用以下布置中的一个和/或另一个。
[0020]
可选的，铰接系统可以包括襟翼3与龙骨之间的枢转连接a1。通过这些方式，产生稳固且易于实施的连接，以允许襟翼相对于龙骨往复运动。
[0021]
可选的，铰接系统可以包括襟翼3与浮动结构1之间的连杆连接4。这形成了不需要维护的简单、基本且稳固的机械连接。根据替代选项，代替连杆系统，可以存在使用销在开口中滑动的引导件或另一辅助引导系统。
[0022]
可选的，铰接系统可以包括连接元件4，所述连接元件通过枢转连接a2连接到浮动结构1并且通过枢转连接a3连接到襟翼3。所讨论的连接元件类似于连杆，与浮动结构相比，连杆允许襟翼相对于龙骨的枢转移动而不会产生重大寄生移动。此外，这形成简单、基本且稳固的机械连接。
[0023]
可选的，襟翼3可以进一步包括其表面8的后延伸部，其中所述后延伸部通过枢转连接a8连接到襟翼83的前部部分。
[0024]
这用于增强推进效果，因为后延伸部的往复运动在相位上略晚于襟翼的前部部分的往复运动。
[0025]
可选的，可以通过弹簧复位系统将后延伸部8返回到相对于襟翼3的前部部分的中性角位置。
[0026]
它涉及一个简单而基本、可靠且免维护的系统。恢复到中间位置促进满足涌浪的推进效率。
[0027]
可选的，襟翼可以进一步包括其表面8的后延伸部，其中所述后延伸部是柔性的并且固定到襟翼的前部部分。仿生物质用于以这种方式产生鲸尾效应。
[0028]
可选的，襟翼3可以进一步包括其表面8的后延伸部，所述后延伸部通过枢转连接a8连接到襟翼83的前部部分，其中所述前部部分然后类似于控制臂36、37成形。
[0029]
可选的，龙骨可以包括彼此上下布置的若干襟翼3、3+，安装成保持彼此平行。通过
这些方式，可以在所述龙骨上所呈现的襟翼数目中反映装置所在位置的特征。如果有足够的吃水，则每种布置都用于使装置在表面上更加紧凑，其中每个襟翼单独延伸较少，但襟翼的效果增加了功率。
[0030]
可选的，预期襟翼的静止位置由参考角度定义，其中所述参考角度由所述襟翼的表面以及垂直于龙骨的纵轴x限定。在基本上平坦的襟翼的情况下，这用于使襟翼的主体更靠近水面。
[0031]
可选的，预期所述参考角度包含在0与30
°
之间。通过这些方式，调整参考角度用于最靠近水表面定位襟翼的端部，其中所述襟翼的效率最佳。
[0032]
可选的，襟翼的主体主要在工作平面中延伸，并且襟翼的横向宽度远离铰接系统将襟翼连接到龙骨的区域而增加。离铰链最远的部分具有较大杠杆臂的优势，这样它们的力相对于襟翼的设定表面积进行优化。
[0033]
如果参考静止条件为使得襟翼“平坦”，则襟翼的工作平面垂直于升沉轴z。
[0034]
可选的，浮动结构和襟翼由至少一个复合材料制成。使用这种类型的材料的优点是可以减少装置的总重量，从而降低其总成本。
[0035]
可选的，预期复合材料是包括碳纤维或玻璃纤维的聚环氧化物或聚酯基质。通过这些方式，此技术方案在机械和化学稳定性方面具有良好的性能。
[0036]
可选的，装置可以进一步包括至少一个构件，用于将所述龙骨的相对移动传输到至少一个电气转换器以将所述移动的机械能转换成电能，其中装置随后具有转换波浪移动的能量的功能。应注意，襟翼通过振荡旋转促使龙骨与浮动结构之间的相对移动，从而允许从波浪移动到另一形式的能量的能量转换。
[0037]
可选的，装置进一步包括控制单元9，所述控制单元被配置用于驱动电气转换器中的功率收集速率，从而在由逆流漂浮产生的推进力与来自涌浪的转换能量之间平衡。
[0038]
电气转换器经由传输构件构成襟翼的振荡运动的阻尼器。控制单元可以根据电流、风和涌浪的实际情况来调节电气转换器所获取的能量集合，以保持足够的能量用于逆流漂浮。
[0039]
可选的，装置可以在一定范围的涌浪周期内使用和有效。通过这种方式，即使在涌浪周期与其谐振周期不对应时，所述装置也可以有利地使用，并且可以在很长的涌浪周期范围内转换来自波浪移动的能量。
[0040]
能量转换链可以用作实时控制的阻尼器，从而模拟人工弹簧，当所述链不是以纯电阻模式作用时，其用于改变系统的谐振周期除了充当阻尼器之外，它还可以用作弹簧和质量。
[0041]
可选的，涌浪周期的范围可以包含在3秒与16秒之间，优选地包含在6秒与12秒之间。
[0042]
可选的，装置可以包括作为传输构件的液压缸6。
[0043]
可选的，电气转换器可以是耦合到液压电机的发电机。
[0044]
可选的，装置可以连接到至少一个锚定元件，例如连接到具有基本上固定位置的浮标或任何浮动元件。有效锚定力通过这种方式降低；因此，可以选择重量更轻且成本更低的锚定技术方案。此外，锚定的尺寸减小并且装置上的扣具lash减小，从而使得技术方案更易于安装且因此成本更低。与被动锚定相比，它们更耐用且经历更少磨损。
[0045]
可选的，装置可以固定到船舶船尾或并入船舶船尾。因此，通过从涌浪能量中提取能量来辅助推进的技术方案降低了动力船的燃料消耗。
[0046]
可选的，装置可以包括浮动结构1与龙骨2之间的复位弹簧。
[0047]
可选的，襟翼可以具有矩形或三角形或梯形形状。
[0048]
根据另一方面，提出一种用于推进以及转换来自波浪移动的能量的装置，所述装置包括：至少一个浮动结构1，其连接到至少一个锚定元件16；至少一个龙骨2，其沿着相对于所述浮动结构沿着升沉轴z的至少一个滑动移动可移动地安装在浮动结构上；至少一个构件，用于将所述龙骨的相对移动传输到至少一个电气转换器，以将所述移动的机械能转换成电能，
[0049]
其特征在于，所述装置包括至少一个襟翼3，所述襟翼由铰接系统a1、a2、a3连接到龙骨和浮动结构1，其中所述襟翼被配置成位于水面下方，布置成通过在波浪移动的作用下振荡旋转来跟随所述龙骨的振荡，并且产生基本上指向所述浮动结构的重心的推进力。
[0050]
上文所描述的大多数任选特征可以与在前一段中公开的装置组合使用。
[0051]
根据另一方面，提出一种用于推进以及回收波浪移动的能量的装置，所述装置包括：
[0052]-至少一个浮动结构1；100；
[0053]-至少一个龙骨2，其根据沿着升沉轴z相对于所述浮动结构的至少一个滑动移动gt可移动地安装在浮动结构上，
[0054]
其特征在于，所述装置包括至少一个襟翼8，所述襟翼由铰接系统a1、a2、a3、a8连接到龙骨和浮动结构1，其中所述襟翼被配置成产生基本上指向所述浮动结构的重心的推进力，并且其中，所述铰接系统包括至少一个控制臂3、36、37以及至少一个连杆4、46、47，所述至少一个控制臂通过第一枢转连接a1旋转地安装在龙骨上，所述至少一个连杆通过第二枢转连接a2连接到浮动结构，并且通过第三枢转连接a3连接到所述控制臂，其中所述襟翼8通过铰链a8旋转地安装在所述控制臂上，所述铰链布置在相对于第三枢转连接a3悬挑的后部位置中。
[0055]
上文所描述的大多数任选特征可以与在前一段落中公开的装置组合使用，尤其是应用于襟翼的铰链a8的弹性恢复。
附图说明
[0056]
本发明的其它方面、目的和优点将在阅读以下作为非限制性实例给出的几个实施例的描述后呈现。根据附图，也将更好地理解本发明，附图中：
[0057]
图1是位于公海中的推进装置的示意图。
[0058]
图2是推进装置的截面示意图。
[0059]
图3是推进装置的俯视图。
[0060]
图4是耦合到液压电机的液压缸的操作图。
[0061]
图5示出作为涌浪周期函数的输出功率曲线，以及由于逆流漂浮而产生的可用水平推进力。
[0062]
图6示出根据能量收集平衡控制的可能操作点的曲线。
[0063]
图7示出与龙骨的相对移动的传输方法相关的变型。
[0064]
图8示出一个或多个实施例中的推进装置的替代方案的截面图。
[0065]
图9示出一个或多个实施例中的推进装置的替代方案的俯视图。
[0066]
图10示出根据实施例的推进和/或转换装置与船型浮动结构的结合。
[0067]
图11示出根据另一实施例的推进和/或转换装置与船型浮动结构的结合的替代方案。
[0068]
图12更详细地示出由两个铰接式部件制成的襟翼的枢转连接的弹性恢复。
[0069]
图13示出根据涌浪周期的用于推进装置的收率曲线的实例。
具体实施方式
[0070]
在各图中，相同的参考标号表示相同或相似的项目。为清楚起见，一些部件可能未按比例示出。
[0071]
在图1中，波能转换系统10在海洋环境中位于浮标16附近。
[0072]
根据第一实例，波能转换系统10通过扣具13附接到充当锚定点16的浮标。浮标16例如通过链条15自身锚定于海床，所述链条连接到位于底部的压舱物17。
[0073]
在其余部分中，术语“波能转换系统”、“波能转换装置”或“波能转换机”可以用于表示参考标号为10的实体。
[0074]
在涌浪的作用下，沿着涌浪的方向18，波能转换系统通过围绕浮标16的旋转自然地将自身转向面向涌浪的方向。更一般地，若干现象可能相互竞争以产生波能转换装置漂移；它特别涉及当地风和/或当地海流和/或涌浪本身(由风引起)。
[0075]
根据另一实例，浮标可以通过直接附接到水下移动结构的连接15在海底没有锚定，所述结构的惯性大于波能转换系统10的惯性。
[0076]
根据另一实例，波能转换系统可以不具有任何物理锚定点。例如，波能系统可以配备有gps定位构件和控制器；在这种情况下，目标gps位置被分配给波能转换系统和反馈控制，利用所述反馈控制通过襟翼的逆流漂浮将波能转换系统保持在目标位置附近的位置。
[0077]
如图2和3中所示，波能转换系统包括浮动结构1和龙骨2，所述龙骨能够沿着升沉轴z相对于浮动结构1滑动。波能转换系统还包括稍后将看到的往复式襟翼或简称为标记为3的襟翼。
[0078]
浮动结构
[0079]
在图2和3中所示的实例中，浮动结构1可以具有类似于船舶的形状，以便使涌浪产生的应力最小，并且锚定点13所在的前部部分用于划过波浪。针对浮动结构定义标记为x的纵轴和标记为y的横轴。
[0080]
此外，浮动结构1包括与锚定点13相对定位的横向通道，所述横向通道包括接纳龙骨2的平移滑块gt。
[0081]
浮动结构由提供结构的浮动性和密闭性的船体组成，其中对于包含在2m与6m之间的高度，水线面面积介于5m2到40m2平方米之间，并且其中沿着轴线x的长度lb通常大于沿着y轴的宽度lc。必须调整尺寸以确保在困难的环境条件下浮动，并且尺寸还必须适合于与接收装置10的地点相关的限制，例如水的深度。更精确地说，浮动结构的尺寸可以是40m2水线面面积和6m高度。
[0082]
另外，浮动结构的船体由金属框架上的复合材料制成。复合材料可以是抵抗海洋
环境条件的任何复合材料。作为实例，复合材料是结合在热固化聚合物基体中的碳纤维或玻璃纤维，例如聚环氧化物或聚酯。金属框架由金属或例如钢的金属合金制成，也能够承受海洋环境条件，例如海浪的力或甚至由液体环境引起的腐蚀。
[0083]
浮动结构可以是实心或中空的。在典型的配置中，浮动结构包括空腔，其中使用这些空腔以容纳能量转换装置，所述能量转换装置将在后面详述并因此免受环境气候条件的影响。
[0084]
一些空腔也可以用密度远小于1的多孔泡沫块(例如膨胀聚氨酯)填充，以使浮动结构具有良好的抗沉性。
[0085]
有利的是，通过例如图2中象征性地显示的舱口盖保护浮动结构，特别是能量转换装置，使其免受恶劣天气和气候条件的影响。
[0086]
龙骨
[0087]
如图2和3中所示，通常与浮动结构1的锚定点13相对定位的龙骨2能够借助于滑块gt滑动通过浮动结构。
[0088]
龙骨2具有标记为20的长主体，所述主体具有一个高端和一个低端，并且龙骨的尺寸在3至15m长和20至100cm周长的范围内。例如，龙骨2的尺寸基于浮动结构1和襟翼3的尺寸，或者甚至根据水的深度确定。
[0089]
龙骨2由密度大于水的材料制成，并且所述龙骨的物理和化学特性使其能够抵抗海洋环境条件。作为实例，龙骨可以由金属或类似于钢的金属合金制成。构成龙骨的水下部分的龙骨的下端优选地是弯曲的和压载的，以便将装置的重心重新定位在推进中心的垂直线上，从而保证波能转换系统在水面上的平衡。
[0090]
出于此目的，提供布置于如图2中所示的龙骨下端的区域中的压舱物28。此压舱物28表示相当大的质量，并赋予龙骨大于浮动结构物的质量和移动惯性。
[0091]
构成龙骨的非水下部分的上端由相对于升沉轴横向延伸的板21悬垂。
[0092]
任选地存在在龙骨与浮动结构之间相互作用的复位弹簧22。
[0093]
此前述板21连接到复位弹簧22以及液压缸6。液压缸可以是双动式线性缸。液压缸的筒体附接到浮动结构上，并且用于将力和位移传递给活塞的液压缸6的杆通过铰接连接件连接到板21。此铰接连接可以是销或枢轴连接。以此方式，在由波浪移动产生的龙骨相对于浮动结构的平移移动期间，龙骨移动的力通过汽缸的杆传输到液压缸，从而驱动液压缸的流体的压力变化。在波浪移动和复位弹簧22的作用下，龙骨返回到低位置，从而将新的力传输到汽缸并且由此产生可以转换成另一类型的能量的新压力变化。由于复位弹簧的刚度k影响所述对(即龙骨、浮动结构)的振荡共振频率，因此弹簧的刚度可以根据在目标安装地点最常遇到的涌浪周期来确定。
[0094]
需要注意，弹簧可能是真实机械弹簧，但弹簧的作用也可能由能量转换链执行，如稍后将看到。也可以将这两种技术方案组合以动态地改变刚度。
[0095]
根据图7中所示的另一实施例，龙骨不与液压缸联接，但是包括联接到小齿轮66的被称为齿条的齿形部分64。在龙骨在波浪移动的作用下进行平移移动期间，主体20、龙骨2经由齿条64将其平移移动传输到活塞66，因此平移移动变成旋转移动。例如，旋转移动随后可以用于驱动发电机的交流发电机，以便将机械能转换为电能。
[0096]
往复式襟翼
[0097]
根据实施例，除了龙骨和浮动结构之外，还提供襟翼3。所讨论的襟翼3可以被描述为“振荡”或“往复式”或“跳动”。如下文将看到，襟翼3可以具有单个部件或相互铰接的两个部件，而不具有排除其它配置的相同部件。
[0098]
襟翼3看起来像主要在两个方向(襟翼的平面、与襟翼的工作平面)上延伸的薄结构，所述结构沿着第三方向具有小的厚度。襟翼的厚度可以按照气动副翼的方式在前缘31与后缘32之间变化。
[0099]
根据变型，襟翼未必在单个平面中延伸，但是可以对其产生破坏效果，如图1中所说明。
[0100]
襟翼3通过铰接系统连接到龙骨和浮动结构。襟翼3位于水面下方。襟翼的形状可以是矩形、三角形或梯形。作为实例，扁平形状可以类似于海洋哺乳动物(例如，海豚或鲸鱼)的传说。襟翼3具有沿着y轴的长度大于沿着x轴的宽度的尺寸。襟翼的厚度被定义为与其它大小一致，特别是从抵抗波浪施加的力的强度的角度来看。
[0101]
襟翼3的尺寸必须适合于浮动结构1和龙骨2的尺寸，它们本身适合于环境条件和场地限制。襟翼的尺寸范围为长4m至20m、宽2m至9m且厚度可以高达65cm。更精确地说，位于襟翼末端的长度为20m、宽度为8m且高度为65cm。
[0102]
根据实施例，襟翼可以由钢或复合材料(塑料与玻璃纤维或碳纤维类型)或两者的组合制成。在复合材料中实施的情况下，通过具体来说控制纤维的布局和绳的长度，可以以一定的灵活性配置襟翼。这种灵活性优化推进方面，就像手掌一样。
[0103]
根据实施例，襟翼可以具有飞机机翼轮廓。
[0104]
如从图2和3中的图示中，襟翼3通过枢转连接a1连接到龙骨2。出于此目的，襟翼包括两个臂36、37，所述臂相对于纵轴x基本上对称地布置并且远离襟翼的主体朝向在浮动结构的侧面下方以及在所述侧面上的龙骨延伸。提供轴杆51，所述轴杆穿过龙骨的两侧和襟翼的每个臂36、37。需要注意的是，臂可以比图中所示的实例更靠近并且可以与龙骨的主体20相邻。
[0105]
此外，襟翼3通过连杆连接而连接到浮动结构。在所示实例中，它涉及常规的连杆4。在连杆的一端处，所述连杆4通过与轴杆52中间的枢转连接(轴线a2)连接到浮动结构1，并且在连杆的另一端处，连杆通过另一枢转连接(轴线a3)连接到襟翼3。根据另一实例，连杆4可以分解为两个连杆46和47。此布置可以允许保持襟翼的稳定性并且允许吸收可能由水施加在襟翼上的扭转力。
[0106]
上文所描述的实例形成铰接系统，所述铰接系统将襟翼3连接到龙骨和浮动结构。当然，其它铰链系统技术方案允许将襟翼连接到龙骨和浮动结构，同时允许平行于y的水平轴旋转(因此水平轴往复运动)。
[0107]
连接a3的旋转轴位于与枢轴点a1的旋转轴相隔距离le处。连接a3的旋转轴位于与襟翼的前缘32相隔距离lf处。距离le可以约为连杆4的长度(距离a2-a3)或略长一点。
[0108]
此外，可选的，静止状态下(表示没有涌浪)襟翼的参考位置根据具有最大表面积的一个表面与垂直于龙骨的轴线x之间的参考角定义。此参考角包含在0与30
°
之间。
[0109]
由于这些布置，在涌浪的影响下，襟翼3通过跟随波浪移动围绕枢轴连接a1的振荡旋转而振荡。这种旋转移动的结果是迫使龙骨2与浮动结构1相比沿着z轴发生相对升沉。
[0110]
在波能转换机的位置区域中局部地，涌浪的移动由水面的连续上升和下降组成。
相对于时间，这种移动可以被视为准正弦的。
[0111]
有利的是，波能转换机预期对水面的这种振荡移动作出反应。为此，考虑一系列涌浪周期，其通常在4秒到12秒的范围内，特别是0.08到0.25的频率(以每秒循环为单位)，其中具有与浮动结构相比龙骨的相对移动的一个或多个谐振激发模式。
[0112]
更准确地说，对于离一个谐振模式不太远的激发频率，当水面上升时，襟翼以及浮动结构与龙骨相比上升(所述龙骨对位移具有显著的惯性)，因此龙骨也上升，但具有一定的延迟。在循环的第二部分中，特别是当水面再次下降时，浮动结构和襟翼相对于对位移具有惯性的龙骨下降，且因此龙骨也会下降，但具有一定的延迟。
[0113]
在龙骨相对于襟翼和浮动结构的移动中观察到的延迟因此引起龙骨相对于浮动结构的相对振荡移动。此移动也是大致正弦的。
[0114]
当龙骨相对于浮动结构的振荡移动的延迟足够时，产生最佳收率。
[0115]
根据配置，大于45
°
的延迟已经给出非常好的振荡移动，并且根据配置，可以观察到可以从90
°
变成180
°
延迟的最佳情况。
[0116]
参考图2，当襟翼和浮动结构相对于龙骨升高时，弹簧22压缩并且活塞杆下降。相反，当襟翼和浮动结构相对于龙骨下降时，弹簧22延伸并且活塞杆升高。活塞的交替移动通过通常在图4中所示的系统(稍后看到)转换成液压能量。
[0117]
对于很长的涌浪期，因此在激发频率显著较低的情况下，龙骨的延迟较小且因此龙骨与浮动结构之间的相对移动也较小，从而导致效率降低。
[0118]
在标度的另一端，对于非常短的涌浪周期，因此在激发频率显著较高的情况下，龙骨的延迟更大且可以达到180
°
或更多(反相地)，但移动的幅度然后进一步减小，这也导致效率降低。
[0119]
可以在上述系统与形成二阶阻尼振荡系统的质量弹簧系统的激发之间进行类比。弹簧的物理刚度(或当弹簧由实时控制的阻尼器制成成时的表观刚度)参与主谐振频率的定义(如果可能存在多个)。
[0120]
由于提供液压蓄能器的双动式液压缸6，因此襟翼3的周期性振荡引起液压泵送。累积压力接着用于激活耦合到发电机g的液压电机mh，如图4中所示。
[0121]
襟翼3的周期性振荡用于在涌浪18的逆流下通过振荡旋转产生推进力，所述推进力与海洋哺乳动物的传说产生的推进力相当。在涌浪的逆流下的此推进力用于减少通过装置10施加在锚定上的力，所述装置远离锚定点16漂移。
[0122]
图4示出用于转换由波浪移动产生的液压/电能的系统。在双动式线性缸6在龙骨2的位移力的作用下移动期间，在液压回路40中产生压力增加。双动式线性缸用于在龙骨的上升以及其下降期间产生压力。在上升和下降期间由防回流阀41；42；43；44保持此压力。产生的压力通过液压回路流向用作缓冲器的液压蓄能器7。在液压回路40中的压力作用下，由液压电机mh驱动的交流发电机g执行能量生产，并由液压蓄能器7持续地维持能量生产。
[0123]
交流发电机g由控制单元9驱动。此控制单元9被配置用于通过与控制单元相关联的电转换器来驱动功率收集速率。
[0124]
可以在交流发电机g的下游提供电转换器，以便以期望的形式(例如直接、交流、本地消耗、远程输送等)输送电力q。
[0125]
产生的电力对应于由龙骨的振荡移动完成的机械功。随着收集到的功率增加，龙
骨的振荡移动的幅度减小。因此，随着更多的能量被收集以产生电力，逆流漂浮的推进力合力就越低。因此，必须在收集的电力与逆流漂浮的需要之间达成折衷，以释放锚定装置。
[0126]
应注意，在一些配置中，电能用于操作反渗透海水淡化设施。
[0127]
如图4中所示，系统可以包括标记为cc的距离传感器，所述距离传感器能够实时地测量龙骨相对于浮动结构的位置。通过这种方式，控制单元9可以知晓龙骨相对于浮动结构的振荡移动的幅度和频率。利用此信息，控制单元9可以实时地调整发电链的功率收集，以便调整转换链的参数，具体地调整表观刚度和阻尼系数。
[0128]
在使用液压系统的图4中所示的版本中，提供成比例的旁路电磁阀94，所述旁路电磁阀用于实时地调整从襟翼和龙骨收集的振荡功。
[0129]
控制单元按比例驱动电磁阀94。当电磁阀打开时，液压流体从汽缸的一个腔室自由地流向另一个腔室，而无需收集功。相反，当电磁阀94关闭时，所有液压流体由双动式液压缸的活塞泵送。当然，对于电磁阀的部分和受控打开，存在功的对应的部分收集。
[0130]
在图7中所示的全电动实施例中，不存在阀门，但是控制单元9对交流发电机g的直接控制产生趋于抑制龙骨的振荡移动的阻力扭矩。当然，根据收集所需的上述标准实时地调整阻力扭矩，以产生如逆流漂浮推进以及在可接受窗口中保持表观刚度所需的电力。
[0131]
通过这些软件功能，控制单元可以调整收集的电力，并且还在由逆流漂浮产生的推进力与变换成电力的涌浪能量之间进行平衡。
[0132]
图5示出作为转换器上的涌浪周期的函数的可用电力曲线c1和代表有助于逆流漂浮的基本水平推进力的功率曲线c2两者的实例。
[0133]
在曲线c1上，有效转换的电力取决于涌浪周期；它在接近6秒的周期内达到最大值。此曲线反映纯电阻转换链(例如图4中描述)的行为。
[0134]
曲线c2来自与曲线c1相同的系统，但没有产生能量。在6秒以及在9.5秒可以看到两个推进力产生峰值；它们对应于系统的两种谐振模式。第一(在6秒)可以被描述为浮动结构1的俯仰的谐振模式。此谐振模式激发襟翼3的振荡，这处于所得推进力的原点。第二(在9.5秒)可以被描述为浮动结构1的升沉的谐振模式。它以甚至更大的比例激发襟翼3的振荡。然而，对于由c1和c2描述的系统，这两种模式的最终推进力值相当接近。
[0135]
此外，与曲线c2一样，对于反应转换链，这些推进力峰值的位置可以根据伴随的涌浪周期来定位。
[0136]
根据目标实施例，波能转换机的尺寸可以设定为产生400w的标称功率；150至200吨排水量；14m吃水。振荡襟翼尺寸：8m
×
20m，水中无表观重量(等效密度约为1)。浮标尺寸可以是：40m2水线面面积和6m高度。
[0137]
产生的电能可以用于为机载电气装置(例如，控制单元9和附件)供电。产生的电能可以通过将波能转换机连接到远程站点或配电网的传输电缆远程使用。
[0138]
根据特定变型，船上产生的电能可以用于海水淡化需要。
[0139]
根据另一变型，由龙骨和浮子的相对振荡产生的能量可以直接用于淡化需要，而不必转换成电能。例如，通过反渗透膜泵送海水。
[0140]
图6示出在6秒入射波的情况下操作点的样本曲线，并且对应于图5中所示的曲线c1和c2的第一个峰值。实际上，如上文所提及，控制单元可以通过控制转换电能的量来实时地控制功率收集。未转换的能量以振荡襟翼的水平推进形式出现。以此方式，图6曲线上离
左侧最远的点代表低收集水平和逆流漂浮的最大化，而相反地，位于曲线右侧的点对应于两个大收集(高阻尼水平)，其中振荡襟翼的幅度要小得多，因此逆流漂浮力要弱得多。
[0141]
驱动和平衡可以在本地完成，也可以在波能转换机的海洋农场的情况下从例如控制中心远程操作。
[0142]
需要注意的是，如图所示，龙骨相对于浮体的移动可以是严格平移的，但是根据未示出的变型，在以下情况下龙骨的移动可以包括另一分量：例如，龙骨相对于浮动体的铰接点可旋转地安装，所述铰接点位于远处且具有相当大的曲率半径。
[0143]
关于襟翼的参考位置，形成静止位置并定义上述预设角度，需要注意的是，此参考位置可以通过调整装置(例如竖直地移动轴线a2的位置的丝杆螺母装置)来调整，其中此装置可以针对所有目标位置一次性调整或由控制单元9控制。为了移动轴线a2的位置，还可以使用其角位置受控制的偏心凸轮。
[0144]
图8和9示出一个或多个实施例中的如图2和3所示的波能转换系统的替代方案。
[0145]
图2和3中所示的结构元件(例如龙骨、襟翼等)、其物理和化学特性以及其布局配置可以部分或全部转置到此实施例中。
[0146]
在此实施例中，襟翼3由两部分制成并包括后延伸部8，所述后延伸部对此处标记为83的部分起补充作用，所述部分与龙骨的一部分(通过a1)和浮动结构(通过a2、a3)铰接。换句话说，在此配置中，襟翼3由前部部分83和后延伸部8形成。
[0147]
例如，后延伸部8的前缘沿着旋转轴a8通过连接枢转连接到前部部分83。可以使用轴杆或铰链58以进行这种可旋转的安装。
[0148]
在图11中所示的变型中，前部部分83可以形成为一个或两个控制臂36、37，其中所述臂的襟翼功能大大降低，因为控制臂此时是用来传输经由龙骨和连杆施加在后延伸部8上的主要力。
[0149]
在所示的实例中，此后延伸部8可以被视为附接到襟翼3的前部部分83的附加襟翼，并且对前部部分83的空气动力轮廓起补充作用。根据前部部分83和后延伸部8各自的表面积，其各自对液压力的贡献可以变小或变大。
[0150]
在此实施例中，连接a3的旋转轴位于与枢轴点a1的旋转轴相隔距离le处。连接a3的旋转轴位于与连接a8的旋转轴相隔距离lf1处。连接a8的旋转轴位于与延伸部8的前缘32相隔距离lf2处。距离le可以约为连杆4的长度或略长一点。
[0151]
由于这些布置，在涌浪的影响下，后延伸部8通过跟随波浪移动围绕枢轴a8的振荡旋转而振荡。此振荡旋转与襟翼3的前部部分83围绕轴线a1的振荡旋转组合用于加强推进力和龙骨2沿着轴线z相对于浮动结构1的相对升沉。
[0152]
应注意，襟翼通常具有两个旋转自由度。第一自由度涉及前部部分83相对于龙骨的枢转(围绕a1)。第二自由度涉及后部部分8相对于前部部分83的枢转(围绕a8)。第二自由度围绕(a8)的振荡是正弦型的，并且相对于同样为正弦型的第一自由度(围绕a1)的振荡有相位延迟。
[0153]
安装在船舰上
[0154]
图10示出根据实施例的推进和/或转换装置与船舶/轮船/船舰型浮动结构的结合。
[0155]
图2和3或图8和9中所示的结构元件(例如龙骨、襟翼等)、其物理和化学特性以及
其布局配置可以部分或全部转置到此实施例中。
[0156]
在此实施例中，波能转换系统10通过附接构件直接或间接附接到船舶100的船尾104。
[0157]
直接应理解为指浮动结构的壁中的至少一个与船舶100的壁中的至少一个接触。
[0158]
相反，间接应理解为指浮动结构1的壁和船舶100不直接接触，并且接触是通过中间元件进行的。
[0159]
在实例中，浮动结构1可以固定到船舶100的后板或后舷缘。以此方式，船舶可以在以后装备，或者甚至可以根据需要安装或拆除波能转换系统10。
[0160]
在所示的实例中，与龙骨和襟翼的尺寸相比，轮船100具有相当大的尺寸。然而，较小的船舰尺寸也可以是合适的。
[0161]
注意，有利的是，龙骨2即使在其最低位置也不会向下延伸超过船舶的船体。换句话说，将波能转换系统10添加到船舶不会增加组合的吃水。
[0162]
图11示出根据另一实施例的推进和/或转换装置与船型浮动结构的结合的替代方案。
[0163]
图2和3或图8和9中所示的结构元件(例如龙骨、襟翼等)、其物理和化学特性以及其布局配置可以部分或全部转置到此实施例中。
[0164]
在此实施例中，波能转换系统的龙骨2通过从一侧穿过到另一侧而直接与船舶100的船尾(即，船舶的后部)结合。以此方式，浮动结构1与轮船100的结构船体组合。
[0165]
以此方式，如先前所描述，形成龙骨的非水下部分的龙骨的上端可以通过板连接到复位弹簧22。根据替代方案，板可以连接到液压缸，如先前所描述。
[0166]
在此实施例中，根据先前在图2和3中或图8和9中描述的铰接系统连接位于水面下方的襟翼3。
[0167]
根据实例，襟翼3由连接到襟翼3的前部部分83的后延伸部8限定，在此处，所述襟翼的端部是连接臂。
[0168]
后延伸部通过枢转连接a8连接到连接臂83。连接臂83通过枢转连接a1连接到龙骨2。
[0169]
另外，襟翼3可以通过例如在襟翼的臂(36、37)中的每一个上的一个或多个连杆46、47连接到船舶的船尾端部。在所示实例中，它涉及常规的连杆。在其一个端部处，连杆中的每一个可以通过借助于轴杆的枢转连接a2连接到船舶的船尾端部。在其另一端处，连杆中的每一个可以通过枢转连接a3连接到襟翼3的臂83。
[0170]
根据另一视角，可以认为所述后延伸部8本身完整地形成推进往复式襟翼。随后，将襟翼连接到龙骨和浮动结构的铰接系统包括：
[0171]-两个控制臂36、37，其通过优选地附接在龙骨的两侧上的被称为第一枢转连接a1的铰链安装在龙骨上。
[0172]-两个连杆46、47，其通过被称为第二枢转连接a2的铰链连接到浮动结构且通过被称为第三枢转连接a3的铰链连接到所述控制臂。
[0173]
襟翼8通过具有轴线的旋转铰链a8可旋转地安装在所述控制臂上，所述旋转铰链布置在相对于第三枢转连接a3的后悬挑位置。
[0174]
应注意，可以存在单个控制臂而不是两个控制臂，并且可以存在单个连杆而不是
两个连杆。
[0175]
然而，优选地存在相对于轮船100的纵轴x对称地布置的左控制臂和右控制臂。类似地，相对于纵轴x对称地布置左连杆和右连杆。以此方式，倘若襟翼上的右/左压力不平衡，则可以吸收掉围绕纵轴x的扭转力。
[0176]
控制臂36、37是能够支撑相当大的弯曲力的细长部件，特别是在悬臂部件(区段a3-a8)中。这些臂可以由金属或高机械性能复合材料制成。所述臂的轮廓和截面被优化，从而能抵抗弯曲力、扭转力和牵引力。
[0177]
在基本垂直的中间位置中，连杆4尤其在牵引和压缩下工作。控制杆4、46、47由金属或高机械性能复合材料制成。
[0178]
对于襟翼8，无论是对于其形状还是对于其结构和材料，上文针对往复式襟翼所述的特征都适用于此处。
[0179]
龙骨2的极低位置与水面的平均水位之间的间隙标记为te2；它指示波能转换推进系统的吃水。
[0180]
船体的最低点与水面的平均水位之间的间隙标记为te1；它指示给定有效荷载下船舶本身的吃水。
[0181]
根据实例，te2-te1小于1m，优选地小于50cm。
[0182]
优选地，te2可以小于te1，这意味着波能转换系统的存在不会提高轮船100的吃水，如图10中所示。
[0183]
因此，有利的是，龙骨与船舶船尾的结合不影响或仅适度影响吃水，吃水仍主要取决于船舶的荷载。
[0184]
在图11中所示的实例中，铰链a1和a3之间分开的距离大于6m；所述距离可以在8m与10m之间。此时，襟翼的后部部分浸没在水中2至3m深处。
[0185]
如已经指出和解释，可能存在操作上与弹簧22平行放置的能量转换系统。
[0186]
图12示出具体如图8至11所示的一个或多个实施例中的具有弹性恢复功能的在襟翼3的前部部分83(分别为臂36、37)与后延伸部8之间的枢转连接。
[0187]
根据此功能，襟翼83的前部部分通过枢转连接a8连接到后延伸部8并且包括一个或多个复位弹簧86。
[0188]
弹簧被布置成使得对于每个弹簧，弹簧的一端固定到襟翼的前部部分83，而另一端固定到后延伸部8上。在所示实例中，使用压缩弹簧。
[0189]
在表示没有波浪移动的静止位置中，弹簧被压缩以保持臂83与后延伸部8对齐。
[0190]
在波浪移动期间，后延伸部8通过围绕枢转连接a8的振荡旋转而摆动，然后弹簧的恢复力用于使后延伸部8返回到相对于襟翼的前部部分83的中间角位置。
[0191]
此外，可以在襟翼3上安装角挡块，以便将角θ8保持在一定的角范围内。优选地，角度θ8包括在+30
°
与-30
°
之间。
[0192]
替代地且代替压缩弹簧，弹性恢复功能可以由一个或多个牵引弹簧或扭力弹簧(例如扭杆)产生。
[0193]
图13示出大尺寸襟翼的样本结果，特别是在图11的配置中。所有恢复的波能转换能量都变换成推进力(很少或没有电转换)。曲线c8示出通过两部分襟翼(即，在铰链a8操作的情况下)产生的推进力。曲线c7示出在襟翼布局相同，但铰链a8被阻止的情况下产生的推
进力。对于曲线c8，在10秒的涌浪周期附近获得最佳收率。对于此曲线c7，在9秒的涌浪周期区域获得最好的收率，但其明显低于曲线c8，这强调了铰链a8的贡献作用。