CN101970856B - 将波能转化成机械能的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于从水面区域的波浪运动提取能量的波浪发电设备，所述波浪发电设备包括：在其中支承有至少两个转子的框架结构，并且其中，每个转子均被悬挂在所述框架结构中，以便水磨轮能够围绕在波浪发电设备的正常使用位置中基本水平并且保持在所述框架结构中的轴旋转，并且其中，配置用于将每个所述转子保持为部分地浸没在水面区域中的装置。所述波浪发电设备是包括至少两根非平行转子轴的漂浮结构，其中每根转子轴上布置至少一个转子。

Description

将波能转化成机械能的装置

技术领域

本发明涉及用于从水面区域的波浪运动提取能量的波浪发电设备，所述波浪发电设备包括在其中支承了(journal)至少两个波浪转子的框架结构，并且其中，每个波浪转子均悬挂在框架结构中且处于转子轴上，在波浪发电设备的正常使用情况中，转子轴基本上是水平的，以便转子能够围绕保持在框架结构中的转子轴旋转，并且其中，配置用于将每个转子保持为部分地浸没在水面区域中的装置。

背景技术

今天，波浪发电设备的许多不同的实施方式是已知的，其均具有这样的特征：这些波浪发电设备利用当水被导致以波浪运动的形式运动时所提供的能量。一种特别类别的这种波浪发电设备使用上述的特征以提供波峰处的水具有势能的优点，当水被捕获在水磨轮的一侧上的叶片中，并且由此通过其本身迫使水磨轮旋转时，上述水的势能能够驱动水磨轮形式的转子围绕基本上水平的磨机轴线旋转。该类型的波浪发电设备的优点在于，其具有相对简单的基本结构，并能确保工作可靠性和经济的管理。

另一种类型的上述波浪发电设备包括多个漂浮体(floatingbody)形式的转子，这些转子也可转动地安装在转子轴上，但由于波浪对转子的影响，这些转子在水面区域中摇动，并且因此，通过这些转子围绕转子轴的前后转动，转子将波浪中的动能转化成有用的能量。

前一种波浪发电设备的实例可从以下文献中获知：例如，丹麦实用新型No.199800152；英国专利No.1520006；PCT专利申请No.WO81／02329；德国专利No.3904442；德国公开No.10031310，以及PCT申请No.2004／094815。后一种波浪发电设备的实例从例如英国专利No.1541572和美国专利No.3928967得知，并被称为为“Duck”。

在波浪发电设备的发展中，优化能够从发电设备提取的能量的量是不变的挑战，这种波浪发电设备的商业畅销度在一定程度上预示，尤其是在经济上，其能够与已有的可再生能量发电设备竞争，例如风轮机等。

发明内容

基于上述，因此，本发明的目的是，提供一种上述类型的波浪发电设备，通过该波浪发电设备，实现可用波能的有效利用。

这通过上述类型的波浪发电设备来实现，并且其特征在于，所述波浪发电设备是漂浮结构，所述漂浮结构包括至少两个非平行水磨轴(water mill shaft)，其中至少一个转子布置在每个转子轴上。

实际上，这使得在任何时候，波浪发电设备都将其自身定位成使得转子轴相对于彼此的距离将会在波浪的传播方向上增加，由此这些转子轴将被赋予相对于波浪传播方向的角度，该角度显著地大于0度。由此确保各个转子的能力被最佳地利用，相对于波浪的传播方向转子没有布置在彼此的后方，且另一方面，有可能使该角度适合于使得相对于在给定位置的波浪的高度和距离，转子的能力被最佳地利用。

该波浪发电设备特别适用于漂浮在水面上，因为框架结构可以因此便利地包括单个锚定地点，该锚定地点配置为用于系泊波浪发电设备，并且其中，所述框架结构配置为使得其保持两个不平行的转子轴，以便转子轴之间的距离随着距锚定地点的距离而增加。

如果框架结构配置成保持两个转子轴之间的角度，使所述角度在10度与170度之间，且优选地在45度与135度之间，则可实现波浪发电设备的最佳利用。从而，一方面，可保证发电设备的能量提取最优化，与此同时发电设备对水面区域上的漂浮物体具有优良的排斥特性(rejecting properties)，且此外，其还可适应于特殊的波浪情况。

在这种背景下，框架结构还有利地包括用于调节两个转子轴之间的角度的装置，则有可能使转子轴之间的角度适合于在任何时候的情况，比如天气情况和波浪的传播速率、波浪高度和距离。

根据有利的实施方式，框架结构包括两个独立的、细长框架结构，每个框架结构均具有靠近锚定地点的第一端以及距离锚定地点一定距离布置的另一端，且其中，每个独立的、细长框架结构均配置成用于保持带有转子的转子轴，且其中，在第一端与第二端之间，在两个独立的、细长框架结构之间，配置至少一个致动器以调整并保持两个独立的、细长框架结构之间的距离。

在本文中，有利地，两个独立的、细长框架结构可以在它们的第一端处利用铰链装置彼此铰接，该铰链装置具有相对于波浪发电设备的使用位置基本上竖直的铰链轴线。从而，有可能仅使用一个单个的致动器来调节转子轴之间的角度。

在本文中，如果铰链装置包括锚定地点，则将进一步实现波浪发电设备在水面区域上的稳定定位。

在两个独立的、细长框架结构的其中一个的延伸部分中，有利地，该独立的、细长框架结构可以以这样的方式安装在铰链装置上：该独立的、细长框架结构能绕着在波浪发电设备的使用位置中相对于铰链装置基本上水平的轴线转动。从而避免两个独立的框架结构在它们受到有害力影响的情况下相对于彼此纠缠在一起，有害力例如由于航行通过波浪发电设备的船只的尾流扩张而引起。

有利地，独立的栅格结构还可以由两个或更多个转子组件组合成，每个转子组件均包括一框架和一转子轴，且其中，额外地，这些转子组件设置有保持装置，该保持装置配置用于以转子轴在彼此的延伸部分上延伸的方式将转子组件彼此安装。从而，能容易地建立具有不同数量转子组件的波浪发电设备，而不用考虑当前空间情况和希望的功率输出。

如果波浪发电设备还包括一个或多个压载箱以及相关的泵(泵配置用于将压载箱充满水或将压载箱中的水排空)，则可以实现功率的进一步利用。从而，能响应于当前波浪情况调节发电设备的提升高度(lift)，以使这些转子可保持浸入水面区域期望的深度，以便适应或优化它们的效率。

附图说明

图1是示出了根据本发明的波浪发电设备的一个替代实施方式的说明性草图，其中该波浪发电设备部分浸入水平面且是从顶部倾斜观看的；

图2是示出了从上方笔直观看的根据本发明的波浪发电设备的替换实施方式的说明性草图；

图3是从前方倾斜观看的图2中所示的波浪发电设备中的共有部件的草图；

图4是以与图3相同的方式示出共有部件的草图，但是其中，用替代方式构造转子；

图5是示出了图2所示的波浪发电设备的一部分的草图，其部分地浸没在水面区域中并且是从前面观看的；

图6是示出了图3中所示的波浪发电设备的一细节部件的详细草图。

具体实施方式

因此，图1示出了根据本发明的波浪发电设备的一个实施方式，其中该波浪发电设备是漂浮结构，其在此示出为漂浮在水面区域2上，在水面区域中的波浪具有由箭头A指示的传播方向，以显示该波浪发电设备的操作模式。在此，该波浪发电设备具有四个水磨轮3形式的转子，这些转子局部浸没到水面区域2中。这些水磨轮3通过未示出的轴相对于波浪发电站的框架结构1而保持，水磨轮包括两个梁4和5，这两个梁基本上平行于未示出的转子轴或水磨轴且相对彼此通过横挡栅(traverse boom)6和7保持成固定的60度角。

水磨轮3都设置有足够量的叶片或盘8，这些叶片或盘均开口面向上，且在水磨轮的朝着波浪的传播方向A的一侧上，当水平面由于波峰通过而上升时，叶片8将充满水，然后，当水平面随着给定叶片8的波峰的通过而下降时，充满水的叶片8将来回牵拉水磨轮3。

根据本发明，如上所述的，框架结构1配置成使得其保持承载了水磨轮3的水磨轴之间的角度，以使水磨轴不平行，从而一方面保证水磨轮3上的全部叶片8都有效地使用，叶片8不会布置在彼此的尾流中，另一方面，两根梁5和6之间的角度以及因此未示出的水磨轴都使得波浪发电设备将仅在很小的程度上受到可能漂浮到水磨轮3中的漂浮物体的影响，同时由于水轮3的水磨轴上的动量影响基本恒定，因此可实现发电设备非常连续的操作。

这里，将波浪发电设备构造为能够锚定至例如水面区域2下方的海床的漂浮结构。为此，布置锚固眼孔(anchorage eyelet)形式的系泊点(mooring point)，以固定未示出的系泊索具(mooring)25。将锚固眼孔布置在波浪发电设备的转子轴之间的距离最短的那一端，这将意味着，波浪发电设备将能够围绕其系泊索具转动，以便波浪发电设备将一直固定在确保其最佳地利用波能的位置中。

当水磨轮3浸没到水面区域中使得水磨轴具有与水面2中的平均波浪高度基本相同的高度时，则此类型的波浪发电设备可实现最高输出效率。然而，由于平均波浪高度并不总是精确地等于波峰和波谷处的水平面的高度的平均值，所以将本发明构造为具有压载箱10和构造在泵壳体11中的未示出的泵，并且，其中，泵构造为将压载箱10充满水和排空压载箱的水，以改变波浪发电设备的重量和／或其提升高度，以便可能根据当前主要的波浪条件来优化发电设备的输出效率。

现在，图2示出了根据本发明的波浪发电设备的替换实施方式，该波浪发电设备也是漂浮在水面区域上的漂浮结构，存在于水面区域中的波浪沿箭头A方向传播。该波浪发电设备包括两个细长、独立的框架结构21、22，它们经由在图6中详细示出的铰链23彼此铰接在一起，所述铰链还用作系泊索具25的锚定点。因此，可以根据选择将这两个独立的框架结构21、22布置为成一相互角度，为此，布置一线性致动器24，例如液压缸或机械轴。很自然地，本领域的技术人员能想到用于这种线性致动器的驱动***的不同实施方式，这些实施方式没有在图中示出。

通过调节线性致动器24的长度，能够根据需要手动地或自动地调节这两个独立的框架结构21、22之间的角度，以优化该角度，以便获得可能的最高输出效果或在暴风雨条件或其他条件下确保防止损坏。在一个未示出的替换发电设备中，铰链23可由另一个线性致动器替换，从而该另一个线性致动器能与第一线性致动器配合操作，以调节且保持两个独立框架结构21、22之间期望的角度。

替换地，取代线性致动器，上述角度可以用杆形结构(bar-shapedconstructions)调节，该条形结构具有基本上固定的长度，并且其中该条形结构的每一端均固定至一支架(carriage)并且支架的每一个均布置成使得它们可沿着独立的框架结构21、22位移。通过在朝着铰链23的方向上移动支架，从而能增加两个独立框架结构21、22之间的角度，而当远离铰链移动支架时，该角度减小。

从图2中可明显看出，两个独立框架结构的每一个均制作成细长的结构，其包括多个磨机组件(mill module)26，其中一个这种组件在图3中的放大图中示出。磨机组件26在彼此的延长部分上装配，以使得磨机组件26中的水磨轴30在彼此的延长部分上互相连接，并且其中，从铰链23看去，第一磨机组件上的水磨轴与基本上防水的机器壳体27接合，其中，水磨轴接合至例如发电机、泵、传动装置(gear)或其他能由动量驱动的组合体，上述动量经由独立的框架结构21、22中的所有水磨轴3而传递至水磨轴。因此，可将机器壳体27构造为具有提取能量所需要的部件，该能量经由水磨轮3传递至水磨轴，因此，波浪发电设备能够用来经由例如发电机来产生电流，或用于其他目的，例如用于通过来泵运流体介质。本领域的技术人员能够针对许多不同的能够如何将水磨轴的旋转和动量用来产生有用的能量的实施方式，而附图并未示出波浪发电设备的该部分的细节。

如图3中所示的，每个所述磨机组件25均由棚格结构28组成，并且，上述栅格结构在此构造成使其包围水磨轮3。由此获得了非常简单的且刚硬的结构，且栅格结构28对水中的波浪不产生明显的影响。栅格结构在栅格结构28的每一端均设置有安装板29，以允许两个或多个栅格结构28在彼此的延长部分上装配。

水磨组件26中的水磨轴30伸出，如上所述，就可能将安装在彼此的延长部分上的若干个磨机组件26的水磨轴30装配起来，以形成长的、装配的水磨轴，其能够将动量从所有水磨轮传递至发动机壳体27。

从图3将进一步看到，磨机组件26设置有压载箱31，压载箱31经由未示出的泵和针对此而构造的管道能够用水充满或排空水，以调节波浪发电设备的提升高度和／或重量。

现在，图4示出了本发明的一个替代实施方式，其中，替换了图3所示的水磨轮，磨机组件26a包括安装在转子轴30a上的多个转子3a。每个转子均具有围绕转子轴30a不对称的提升高度和形状，以便当波浪撞击转子3a时，转子受力而围绕转子轴30a旋转并由此使转子轴旋转。此类型的转子从例如英国专利No.1541572和美国专利No.3928967中公知，并被称为“Duck”，并在输出效率方面具有特别好的特性。另外，对于本领域的技术人员来说将显而易见的是，如这里所描述的本发明可用于各种构造的转子，这不背离本发明所依赖的基本原理。

现在，图5示出了独立的框架结构21、22的其中一个的一部分，其包括装配在彼此的延长部分上的若干个波浪组件26，并部分地浸没在水面区域2中。

图6示出了图3中所示的波浪发电设备的细节部件，该部件为铰链23的形式，两个独立的框架结构21、22经由机器壳体27安装在铰链23上。因此，铰链包括都能绕公共铰链轴线39旋转的三个铰链板36、37、38。一个铰链板36设置有用于固定系泊索具25的锚固眼孔。另两个铰链板37、38固定至它们各自的机器壳体27，以使这两个铰链板进入位于一个机器壳体27上的凸缘41、42之间或者进入位于另一个机器壳体27上的凸缘43、44之间。由于这两个铰链板通过螺栓40固定至它们各自的机器壳体27，所述螺栓形成一旋转轴线，在波浪发电设备的正常使用位置中看过去时，其允许机器壳体27相对于铰链23在竖直平面中旋转，并且使得两个独立框架结构21、22以及因此机器壳体27中的任何不同的运动模式都在铰链23中被同化(absorb，吸收)。

Claims (8)

1.一种用于从水面区域的波浪运动提取能量的波浪发电设备，所述波浪发电设备包括：框架结构，在其中支承有至少两个转子，并且其中，每个转子均在转子轴上被悬挂在所述框架结构中，所述转子轴在所述波浪发电设备的正常使用情况下基本上是水平的，以便所述转子能够围绕保持在所述框架结构中的所述转子轴旋转，并且其中，配置用于将每个所述转子保持为部分地浸没在水面区域中的装置，其中，所述波浪发电设备是包括至少两根非平行转子轴的漂浮结构，其中每根转子轴上布置至少一个转子，并且其中所述框架结构包括配置用于系泊所述波浪发电设备的锚定点，并且其中所述框架结构配置成以这样的方式保持两个非平行的转子轴：所述转子轴之间的距离随着至所述锚定点的距离而增加，其特征在于，所述至少两根非平行转子轴设置在两个细长且独立的框架结构中，所述两个框架结构通过铰链彼此铰接在一起，所述铰链还用作单个的系泊索具的锚定点，并且所述框架结构包括用于调节所述两个转子轴之间的角度的装置。

2.根据权利要求1所述的波浪发电设备，其特征在于，所述框架结构配置为保持所述两个转子轴之间的角度，所述角度在45度与135度之间。

3.根据权利要求1所述的波浪发电设备，其特征在于，所述框架结构包括两个独立的、细长框架结构，每个独立的、细长框架结构均具有靠近锚定地点的第一端以及距离所述锚定地点一定距离布置的第二端，且其中，每个所述独立的、细长框架结构均配置成用于保持带有转子的转子轴，且其中，在所述第一端与所述第二端之间，在所述两个独立的、细长框架结构之间，配置至少一个致动器以调整并保持所述两个独立的、细长框架结构之间的距离。

4.根据权利要求3所述的波浪发电设备，其特征在于，所述两个独立的、细长框架结构在它们的第一端处利用铰链装置彼此铰接，该铰链装置具有相对于所述波浪发电设备的使用位置基本上竖直的铰链轴线。

5.根据权利要求4所述的波浪发电设备，其特征在于，所述铰链装置包括所述锚定地点。

6.根据权利要求4或5所述的波浪发电设备，其特征在于，所述两个独立的、细长框架结构中的至少一个以这样的方式安装在所述铰链装置上：该框架结构能绕着在所述波浪发电设备的使用位置中相对于所述铰链装置基本上水平的轴线转动。

7.根据权利要求3至5中的一项所述的波浪发电设备，其特征在于，所述独立的细长框架结构的每一个均由两个或更多个转子组件组合成，每个转子组件均包括一框架和一转子轴，且其中，额外地，所述转子组件设置有保持装置，该保持装置配置用于以所述转子轴在彼此的延伸部分上延伸的方式将所述转子组件彼此安装。

8.根据权利要求1至5中的一项所述的波浪发电设备，其特征在于，所述波浪发电设备包括一个或多个压载箱以及相关的泵，所述泵配置为用于将所述压载箱充满水或将所述压载箱中的水排空。