CN101162009A - 波动活塞换能的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种波动活塞换能的装置，其包括：在海面上构建一用于接收及换能的高位水库；水库下方置有采能系统单元，包括一组置入海里的活塞筒及内含的活塞体，活塞筒上方为与其贯通的增压管，一浮于海平面的浮球套设在活塞筒及增压管上，在增压管中设有止回流单向阀，在活塞体上设有进水增压单向阀；在活塞体底端联设一级以上的阻力障板。所述的浮球与活塞筒是非刚性连接的两组合体；置于海域内的活塞筒与其内含的活塞体之间的配合长度大于所置海域的最大波高。本发明可将再生的波浪能源转化为有效的机械能，可直接用于发电，建立海上工厂，搞海水淡化、制氢以及锰结核的开采。

Description

波动活塞换能的装置和方法
技术领域
本发明属于可再生能源应用的技术领域，尤其涉及一种波动活塞换能的装置和方法。
背景技术
从上世纪70年代石油危机开始，各国开始把注意力转移到利用本地资源和寻找适宜廉价的能源上，21世纪是海洋的世纪，人类向大海索取资源成为必然的趋势，波浪发电是继潮汐发电之后发展最快的海洋能源的利用，到目前为止，世界上已有日本、英国、爱尔兰、挪威、西班牙、瑞典、丹麦、印度、美国和我国等国家和地区在海上建立了波浪发电装置，漂浮在海面上，或固定在海岸边，100多年来各国科学家提出300多种设想，发明了各种各样的发电装置，但普遍存在发电功率小，发电的质量差，单机容量在千瓦级以下，我国在波浪发电技术方面处于世界领先地位，已建成的两座几百千瓦级的波浪发电装置，都属于国家重点攻关项目，至今为止，波浪发电技术仍未达到普及应用水平。
波浪能是可再生能源中最不稳定的能源，波浪不能定期生产，并具有能量强、速度慢和周期变化的特点，现有技术的不足在于：1)采能效率低；2)被转换的二次能不稳定；3)对于海域环境适应性差。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足而提供一种波动活塞换能的装置，以期实现高效采能，并转换为稳定能直接应用的二次能。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
一种波动活塞换能的装置，它包括：在海面上构建一用于接收及换能的高位水库；水库下方置有采能系统单元，包括一组置入海里的活塞筒及内含的活塞体，活塞筒上方为与其贯通的增压管，一浮于海平面的浮球套设在活塞筒及增压管上，在增压管中设有止回流单向阀，在活塞体上设有进水增压单向阀；在活塞体底端联设一级以上的阻力障板。
本发明的波动活塞换能的方法是利用上述波动活塞换能的装置实现，其工作过程是活塞筒运动，活塞体相对于活塞筒为一相对固定的支撑点，在波浪能的作用下，把海水增压并注入到居于高位的水库中以实现能量转换。
所述的浮球与活塞体是非刚性连接的两结合体。
所述置于海域内的活塞筒与其内含的活塞体之间的配合长度应大于所置海域的最大波高。
本发明的工作过程是活塞筒运动，活塞体相对于活塞筒为一相对固定的支撑点。
本发明的优点在于：
1)结构简单，实施方便，适应于各种环境的海域；
2)能量转换效率高、质量高。
附图说明
图1  为本发明的结构示意图
具体实施方式
如图1所示，本发明波动活塞换能的装置为海上结构体，由两大部分组成：一部分为用于接收及换能的高位水库3，一部分为置于水库下方且浮于海面上的的采能系统单元。
所述在海面上构建的高位水库与主体结构为一体，其高度是由设计水头高度要求而定的，给二次能的应用提供一个固定高度的水头稳定的能源，在波浪能的作用下，把海水增压并注入到居于高位的水库中就实现了能量转换的目的。
所述水库下方的采能单元装置包括一组置入海里的活塞筒4及内含的活塞体5，活塞筒上方为与其贯通的增压管2，增压管2头部插入高位水库，且上端口高于水库底面。一浮于海平面的浮球1套设在活塞筒4及增压管2上。在增压管中设有止回流单向阀7(设在增压管的变径处为佳)，在活塞体上设有进水增压单向阀8；在活塞体5的底端联设多级阻力障板6。
所述活塞筒与其内含的活塞体之间的配合长度应大于所置海域的最大波高。
活塞体5比重确定原则应满足：其旋浮深水中的高度最高点离活塞筒顶点距离h应大于本海域的最大波高。
所述的浮球1与活塞体5是非刚性连接的两组合体。活塞筒4与活塞体5应满足万向机构的运动，其定经长度H及配合间隙δ应满足空间机构自由度的要求，活塞筒的水压力是由深水阻力障板6有效载面积之和与活塞的有效载面积D2 n/d2所决定。
水面上的浮球1是本装置的载体，更是采能的主体，它的几何型状可以是圆锥漏斗型的，决定它对波浪的方向无选择性，全方位采集波浪能，受波能作用使其向上浮动--即迫使活塞筒4向上运动，与相对于浮球1相对静止的处于深水的活塞体5产生相对位移，这一过程称为波浪能的作功期，也是采能过程。当波浪能消失，由于本身的质量及高位水库的质量受地球引力作用以一定速度下沉，其动量完全作用在与之相对固定的活塞体5上，同时使活塞筒内的水压力增加，挤压到高位水库中，吸收浮球1动量并转化为高位水库的位能，从而实现了高效采能，并转化为一定高度的稳定的位能，活塞筒4内的压力决定于浮球1的总质量，还决定于活塞筒4的有效载面积与水下的阻力障板6的有效载面积的比值，因D2 总和＞＞＞d2，所以判断活塞体5相对浮球1是个随机定位定向的固定障碍体。由于活塞体5的比重决定它离海平面的距离是一不变的定值，并且由于它处于深水中受海面波浪影响可忽略不计，故当浮球1受波能作用时只能沿二者的中轴线发生相对的运动，活塞体5与活塞筒4互相制约。就是采用了这种方法，确保两者在动荡的海洋环境下，实现相对运动，方向相反，作用力保持垂直，获得最大的换能效率。
本发明波动活塞换能的装置属于可再生能源应用技术的领域，将绿色的可再生的波浪能源转化为有效的机械能。其具体工作过程：通过海面浮球采集波浪能，受波能作用使其向上浮动产生位能，波浪消失浮球下沉，其动量作用在与之相对静止固定的活塞上，活塞筒的水压增大，增压管的止回流单向阀7和活塞体的进水增压单向阀8打开闭合，经增压管把高压水压入高位水库，具有位能的高位水头是可直接应用的二次能源，采用自由定位定向固定活塞的方法，实现波浪能高效率的转换，并把无序的波浪能一次转换为可直接利用的稳定的二次能源。可直接用于发电，建立海上工厂，搞海水淡化、制氢以及锰结核的开采。

Claims (5)

1.一种波动活塞换能的装置，其特征在于它包括：
在海面上构建一用于接收及换能的高位水库；
水库下方置有采能系统单元，包括一组置入海里的活塞筒及内含的活塞体，活塞筒上方为与其贯通的增压管，一浮于海平面的浮球套设在活塞筒及增压管上，在增压管中设有止回流单向阀，在活塞体上设有进水增压单向阀；
在活塞体底端联设一级以上的阻力障板。
2.根据权利要求1所述的波动活塞换能的装置，其特征在于：所述的浮球与活塞体是非刚性连接的两结合体。
3.根据权利要求1所述的波动活塞换能的装置，其特征在于：所述置于海域内的活塞筒与其内含的活塞体之间的配合长度大于所置海域的最大波高。
4.根据权利要求1所述的波动活塞换能的装置，其特征在于：所述的活塞筒离海平面的深度大于高位水库离海平面的高度。
5.根据权利要求1所述的波动活塞换能的装置，其特征在于：所述在增压管中设有的止回流单向阀设在增压管的变径处。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102042157A (zh) * 2010-12-01 2011-05-04 杨耀龙 海浪动力往复式柱塞泵及高位储水发电系统
CN108862463A (zh) * 2018-08-30 2018-11-23 大连诚高科技股份有限公司 一种自重力水力空化水处理装置
CN108911066A (zh) * 2018-08-30 2018-11-30 大连诚高科技股份有限公司 自重力水力空化水处理装置
CN109205734A (zh) * 2018-09-29 2019-01-15 大连诚高科技股份有限公司 一种自重力水力空化水处理方法

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