CN101529088A - 波能转换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种波能转换器。本发明的波能转换器包括根据波浪垂直移动的漂浮体(100)，和执行单元。所述执行单元包括混合转动单元(210)，所述混合转动单元与所述漂浮体以及地底相耦合并包括移动转动轮(212)，或者通过移动转动轮以及固定转动轮(214)的混合而形成，与所述混合转动单元连接的线性元件(220)，所述线性元件基于所述漂浮体的移动而往复运动，以及拉力保持元件，所述拉力保持元件使所述线性元件保持拉紧状态。所述波能转换器还包括能量转换单元，所述能量转换单元将波能转换为其他形式的能量。因此，在本发明中，所述线性元件移动的距离增加至所述漂浮体移动距离的若干倍，从而有效获取能量转换。

Description

波能转换器

技术领域

[01]本发明总体涉及一种波能转换器，更确切地说，涉及这样一种波能转换器，其包括：漂浮体，其由于自身浮力而暴露于海水的表面上；执行单元，其具有与所述漂浮体以及地底相耦合的混合转动单元，并且所述混合转动单元由至少一个移动转动轮或者由移动转动轮与固定转动轮的混合，与所述混合转动单元相耦合的线性元件以及用于拉紧所述线性元件以使所述线性元件保持拉紧的拉力保持元件组成；以及能量转换单元，比如发电机，所述能量转换单元设置于所述执行单元或所述漂浮单元中的预定位置，从而将波能转换为电能、势能或动能。

背景技术

[02]近来，人们提高了对环保型能源的兴趣。太阳能，风能，潮汐能以及波能成为环保型能源的代表性实例。波力发电使用海上形成的波力。已实施了大量的对于利用波力产生电能的方法的研究。

[03]作为与波力发电相关的传统技术的代表性实例，存在有漂浮型发电系统，齿轮联轴型发电系统，以及利用齿条和齿轮的发电系统等等。然而，在所述发电系统中，其构造复杂，并且安装成本相应提高。此外，上述传统的发电系统并未解决由于波浪的不规则移动而难以产生恒压电的问题，并且由于波浪的高度低以及移动速度缓慢而导致发电效率降低，因而所述发电系统无法充分的发电。

[04]作为一个实例，在波能转换器中，所述波能转换器披露于国际申请号No.WO2006-109491的PCT申请中，如图1所示，漂浮体设置于海水表面上，金属线连接于所述漂浮体的上端并向上延伸。所述金属线绕过多个定滑轮然后向下延伸，所述定滑轮设置于位于所述漂浮体之上的地面上。重物连接于所述金属线的末端。然而，在该技术中，由于仅仅使用了设置于所述地面上的定滑轮，因而可安装所述波能转化器的位置受到限制。此外，由于波浪的高度相对比较低，因而难以获得令人满意的发电。

[05]同时，已开发了利用气动涡轮的漂浮型或浮力型波能转换器，其利用入口的压力和排风而运行，所述入口压力和排风通过波浪的高度差而形成。然而，由于高昂的安装费用以及低下的发电效率，这些涡轮难以广泛使用。因此，尽管波能是无限的，但是无法有效地开发利用。

发明内容

技术问题

[06]因此，考虑到现有技术中存在的上述问题而设计了本发明，并且本发明的目的在于提供一种能够不管波浪相对低的高度而有效地将波能转换为电能、势能或动能的波能转换器。

[07]本发明的另一个目的在于提供一种具有简单构造和降低了的安装费用并易于安装和维护的波能转换器。

[08]本发明的又一个目的在于提供具有波浪适应型构造的波能转换器，所述波浪适应型构造能恰当地适应甚至是巨浪的波浪，从而可防止波能转换器损坏。

技术方案

[09]为了实现上述目的，本发明提供一种波能转换器，包括：漂浮体，其由于自身浮力而暴露在水面上，所述漂浮体根据波浪而向上或向下移动；执行单元，包括：与所述漂浮体以及坚实地底相耦合的混合转动单元，所述混合转动单元包括移动转动轮或者通过移动转动轮以及固定转动轮的混合而形成；与所述混合转动单元连接的线性元件，所述线性元件基于所述漂浮体的移动而往复运动；以及与所述线性元件一端连接的拉力保持元件，所述拉力保持元件拉紧所述线性元件以使所述线性元件保持拉紧状态，其中通过所述混合转动单元的运行，所述线性元件移动的距离增加为所述漂浮体向上或向下移动距离的若干倍；以及能量转换单元，设置于所述执行单元或所述漂浮单元中，以将通过所述线性元件往复运动传送的波能转换为其他能量。

[10]优选的，所述线性元件为钢丝绳，并且每个所述移动转动轮和所述固定转动轮为滑轮。

[11]可选的，所述线性元件为链条，并且每个所述移动转动轮和所述固定转动轮为链轮。

[12]优选的，所述能量转换单元为发电机，所述发电机用于利用所述线性元件的往复运动而发电。

[13]另外，所述能量转换单元为用于抽水的泵。

[14]另外，所述能量转换单元为用于压缩和储存流体的压缩机和耐压容器。

[15]此外，通孔可穿过所述拉力保持单元垂直形成，从而使得所述线性元件穿过所述拉力保持单元。

[16]优选的，所述拉力保持元件包括平衡重物、弹簧和水下浮体中的一个，所述拉力保持元件利用自身浮力向上拉拽所述线性元件，所述平衡重物，弹簧或水下浮体与所述线性元件的一端连接。

[17]另外，所述发电机包括传送齿轮以增加其旋转速度。

[18]如上所述，可意识到本发明的目的在于提供能够不管波浪相对低的高度而有效地引导能量转换比如发电的波能转换器。为了实现所述目的，本发明包括混合转动单元。所述混合转动单元包括至少一个移动转动轮或者移动转动轮与固定转动轮的混合。基于所述转动轮的混合，与所述混合转动单元连接的线性元件的自由端移动的距离可增加至所述漂浮体移动距离的若干倍。从而，所述线性元件的速度增加。因此，尽管波浪的高度相对比较低，但所述波能转换单元依然能够有效运行。

技术效果

[19]根据本发明的波能转换器构造为线性元件移动的距离增加为漂浮体移动距离的若干倍，从而增加了所述线性元件自由端移动的速度。因此，本发明的优点在于尽管波浪的高度相对比较低，但依然能够获得令人满意的能量转换。

[20]此外，由于构造简单，所述波能转换器易于安装和维护。另外，本发明的优点在于通过减少安装费用而使经济负担减轻。

[21]此外，本发明还能有效适应巨浪，从而防止损坏，进而保持高耐用性。

附图说明

[22]图1为传统波能转换器的示意图；

[23]图2为根据本发明第一实施例的波能转换器的示意图；

[24]图3为根据本发明第二实施例的波能转换器的示意图；

[25]图4为根据本发明第三实施例的波能转换器的示意图；

[26]图5为根据本发明第四实施例的波能转换器的示意图；

[27]图6为根据本发明第五实施例的波能转换器的示意图；

[28]图7为根据本发明第六实施例的波能转换器的示意图；

[29]图8为根据本发明第七实施例的波能转换器的示意图；

[30]图9为根据本发明另一实施例的波能转换器的示意图；

[31]图10为根据本发明又一实施例的波能转换器的示意图；

[32]附图中涉及元件的描述

[33]100：漂浮体        210：混合转动单元

[34]212：移动转动轮    214：固定转动轮

[35]220：线性元件      232：水下浮体

[36]234：平衡重物      236：弹簧

[37]300：发电机        310：传送齿轮

[38]400：地底

具体实施方式

[39]以下，将结合附图对根据本发明优选实施例的波能转换器进行详细描述。

[40]图2为根据本发明第一实施例的波能转换器的示意图。

[41]参照图2，本发明包括漂浮体100，执行单元以及能量转换单元。所述执行单元包括混合转动单元210，线性元件220以及拉力保持元件232、234、236。

[42]首先，下面将对所述漂浮体进行解释。所述漂浮体100填充有固体浮力材料，比如EPS(聚苯乙烯)或者聚氨酯，所述固体浮力材料具有低于海水的密度。如图2所示，所述漂浮体100一直保持恒定浮力，并因此根据海水波浪向上移动或者向下移动。

[43]这里，所述漂浮体100不限于填充密度低于海水密度的固定浮力材料的主体。比如，封闭的中空桶或者类似物可用作所述漂浮体。

[44]接下来，下面将对所述执行单元进行解释。所述执行单元与所述漂浮体100以及地底400连接，所以，当所述漂浮体100根据波浪而垂直往复运动的时候，所述线性元件220基于所述漂浮体100的移动而往复运动，从而驱动包括发电机300的所述能量转换单元。

[45]用于本发明中的所述混合转动单元210用来增加所述线性元件220的一端的移动距离，所述线性元件220与所述混合转动单元连接，从而使得所述线性元件220一端移动的距离为所述漂浮体移动距离的若干倍。所述混合转动单元210包括移动转动轮212或者移动转动轮212与固定转动轮214的混合。

[46]换句话说，所述混合转动单元包括至少一个动滑轮或者混合滑轮组，所述混合滑轮组包括相互混合在一起的动滑轮和定滑轮。这里，如果使用链条作为所述线性元件，每一滑轮均可由链轮代替而作转动轮使用。

[47]所述移动转动轮212绕轴转动，所述移动转动轮212设置为可沿垂直方向移动。

[48]所述固定转动轮214绕轴转动，所述固定转动轮214固定于预定位置。

[49]在本发明的实施例中，滑轮或者链轮用作每一移动转动轮和固定转动轮。

[50]所述线性元件220与所述混合转动单元210相连接。具体地，包括线性金属绳或链条的所述线性元件220，环绕所述混合转动单元，并响应所述漂浮体100的移动而向上移动或者向下移动。

[51]所述拉力保持元件与所述线性元件220的自由端连接，并用于拉拽所述线性元件220使得所述线性元件220一直拉紧。

[52]为此，水下浮体232，平衡重物234或弹簧236可用作所述拉力保持元件。在所述第一实施例中，如图2所示，使用了所述水下浮体232。

[53]所述水下浮体232由EPS，聚氨酯或者中空桶构成，其具有比海水低的比重。如果所述线性元件220的自由端朝上，所述水下浮体232与所述线性元件220相耦合并利用其浮力拉拽所述线性元件220从而使得所述线性元件220保持拉紧状态。这里，所述水下浮体232的浮力比所述漂浮体100的浮力小，从而使得所述水下浮体232总是处于水下，也就是说，在所述漂浮体100下面，所述漂浮体位于海水表面上。

[54]同时，如图3所示，所述平衡重物234可用作所述拉力保持元件。

[55]所述平衡重物234为重物主体并用于在所述线性元件220自由端朝下的情况下拉拽所述线性元件220的自由端。这里，所述平衡重物234的重量小于所述漂浮体100的浮力，从而使得所述漂浮体100在水上漂浮。

[56]此外，如图7所示，所述弹簧234可用作所述拉力保持元件。

[57]至于所述弹簧236，其第一端与所述弹性元件220的自由端耦合而不管所述线性元件220的自由端的朝向。在所述线性元件220自由端朝上的情况下，所述弹簧236的第二端与所述漂浮体100相耦合，并且，在所述线性元件220的自由端朝下的情况下，所述弹簧236的第二端系在地底400上，从而拉紧所述弹性元件220。这里，所述弹簧236的弹力比所述漂浮体100的浮力小，从而使得所述漂浮体100漂浮在海水面上。

[58]在本发明第一实施例中，如图2所示，尽管所述移动转动轮示意为设置于所述漂浮体下面并且所述移动转动轮示意为固定于所述地底上，如图3所示，本发明可构造为只使用一个移动转动轮，所述移动转动轮与所述漂浮体耦合，或者可选的，如图4所示，本发明可构造为第一移动转动轮与所述漂浮体耦合并且第二移动转动轮与线性元件的自由端耦合，所述线性元件与所述第一移动转动轮耦合，所述第一移动转动轮与所述漂浮体耦合。

[59]如图2所示的第一实施例或如图3所示的第二实施例，在所述混合转动单元仅包括一个移动转动轮的情况下，所述线性元件自由端移动的距离是所述漂浮体移动距离的两倍。

[60]下面将对能量转换单元进行解释。所述能量转换单元用来将所述执行单元的线性元件220的往复运动转换为电能、动能或势能。这里，取代从所述线性元件220的往复运动中产生能量的构造，本发明可构造为将通过所述线性元件220而旋转的混合转动单元的转动能量转换为另一形式的能量。

[61]例如，为产生电能，安装发电机300。所述发电机300响应所述线性元件220的垂直移动利用轴的旋转而发电。在图2所示的实施例中，所述发电机设置于所述水下浮体232中，所述浮力型232为拉力保持元件。然而，本发明不限于如上所述的发电机安装于所述拉力保持元件中的构造。也就是说，所述发电机可设置于所述漂浮体100中，或者可与所述混合转动单元210中的移动转动轮或固定转动轮耦合，在如此构造中使得所述发电机伴随通过所述线性元件的垂直运动而旋转所述转动轮一起转动，从而发电。

[62]此外，传送齿轮310可与所述发电机300的轴相耦合以增加所述发电机300旋转的速度。

[63]在本发明中，所述能量转换单元不限于所述发电机。例如，所述能量转换单元可构造为设置利用所述线性元件的移动而转动的泵，使得通过所述泵将海水带到和存至相对高的位置以获得用于发电或运行其他设备的势能，或者，可选的，可构造为设置压缩机和耐压容器，并压缩和储存诸如空气或海水的流体来以期望的方式使用存储的能量。此外还可选的，所述能量转换单元可用作电源，其直接运行期望的设备，而不是将能量转换为另一形式的能量并储存所转换的能量。

[64]以下，将结合附图对本发明优选实施例的操作和效果进行描述。

[65]第一实施例

[66]图2为根据本发明第一实施例的波能转换器的横截面示意图。

[67]参照图2，在本发明第一实施例中，移动转动轮212设置于漂浮体100下面，固定转动轮214系在地底上。线性元件220的固定端固定在地底上，并且所述线性元件220绕于所述移动转动轮212和固定转动轮214。水下浮体232与所述线性元件220的自由端耦合，从而使得所述线性元件220通过所述水下浮体232的浮力保持拉紧的状态。

[68]在具有上述构造的波能转换器中，当所述漂浮体根据波浪向上移动的时候，所述设置于所述漂浮体下面的移动转动轮也向上移动，与所述线性元件自由端耦合的水下浮体因而向下移动。此时，所述水下浮体移动的距离是所述漂浮体移动距离的两倍。

[69]这里，发电机设置于所述水下浮体中，并且与所述线性元件耦合。因此，所述发电机通过所述线性元件的移动而旋转，从而发电。

[70]第二实施例

[71]图3为根据本发明第二实施例的波能转换器的构造示意图。

[72]在本发明的第二实施例中，仅有的单独移动转动轮212设置于所述漂浮体100下面，并且线性元件220的固定端系在地底上且其自由端与平衡重物234耦合以使所述线性元件保持拉紧。

[73]此外，发电机与所述移动转动轮的一端耦合，以利用所述移动转动轮的旋转而发电。

[74]因此，当所述漂浮体根据波浪向上移动的时候，所述移动转动轮和所述平衡重物也向上移动。结果，所述发电机利用所述移动转动轮的转动发电。在这种情况下，所述平衡重物移动的距离也是所述漂浮体移动距离的两倍。

[75]第三实施例

[76]图4为根据本发明第三实施例的波能转换器的构造示意图。

[77]在图3所示的波能转换器构造的基础上，图4所示的第三实施例还包括另一发电机300，其额外地设置于所述平衡重物234内。

[78]第四实施例

[79]图5为根据本发明第四实施例的波能转换器的构造示意图。在所述第四实施例中，两个移动转动轮212设置在较高位置，系在地底上的固定转动轮214设置在较低位置，从而使得线性元件220自由端移动的距离进一步通过所述两个移动转动轮和所述固定转动轮的混合而增加。

[80]第五实施例

[81]图6为根据本发明第二实施例的波能转换器的构造示意图。在所述第五实施例中，一个移动转动轮212设置在较高位置，两个固定转动轮214设置在较低位置。此外，水下浮体232用作拉力保持元件。

[82]第六实施例

[83]图7为根据本发明第六实施例的波能转换器的构造示意图。所述第六实施例包括与所述第五实施例几乎相同的构造，除了所述第六实施例包括使用弹簧236作为拉力保持元件的构造。所述弹簧236与所述漂浮体100以及所述线性元件220相耦合，从而使得所述弹性元件220保持拉紧。

[84]第七实施例

[85]图8为根据本发明第七实施例的波能转换器的构造示意图。所述第七实施例构造为所述弹簧236与所述线性元件220以及地底相耦合以保持拉力。

[86]除了上述实施例之外，可使用多种类型的混合转动单元，如图9和10所示。

[87]这里，所述混合转动单元可通过所述移动转动轮和所述固定转动轮的任意混合而获得，而不管所述移动转动轮和所述固定转动轮的数量，例如，仅通过所述移动转动轮或通过单独移动转动轮与单独固定转动轮的混合，所述线性元件移动的距离可增加至所述漂浮体移动距离的若干倍。

Claims (8)

1.一种波能转换器，包括：

漂浮体，其由于自身浮力而暴露在水面上，所述漂浮体根据波浪而向上或向下而移动；

执行单元，包括：与所述漂浮体以及坚实地底相耦合的混合转动单元，所述混合转动单元包括移动转动轮或者通过移动转动轮以及固定转动轮的混合而形成；与所述混合转动单元连接的线性元件，所述线性元件基于所述漂浮体的移动而往复运动；以及与所述线性元件一端连接的拉力保持元件，所述拉力保持元件拉紧所述线性元件以使所述线性元件保持拉紧状态，其中通过所述混合转动单元的运行，所述线性元件移动的距离增加至所述漂浮体向上或向下移动距离的若干倍；以及

能量转换单元，设置于所述执行单元或所述漂浮单元中，以将通过所述线性元件往复运动传送的波能转换为其他能量。

2.如权利要求1所述的波能转换器，其中所述线性元件为钢丝绳，并且每个所述移动转动轮和所述固定转动轮为滑轮。

3.如权利要求1所述的波能转换器，其中所述线性元件为链条，并且每个所述移动转动轮和所述固定转动轮为链轮。

4.如权利要求1所述的波能转换器，其中所述能量转换单元为发电机，所述发电机用于利用所述线性元件的往复运动而发电。

5.如权利要求4所述的波能转换器，其中所述发电机具有传送齿轮以增加其旋转速度。

6.如权利要求1所述的波能转换器，其中所述能量转换单元为用于抽水的泵。

7.如权利要求1所述的波能转换器，其中所述能量转换单元为用于压缩和储存流体的压缩机和耐压容器。

8.如权利要求1所述的波能转换器，其中所述拉力保持元件包括平衡重物、弹簧和水下浮体中的一个，所述拉力保持元件利用自身浮力向上拉拽所述线性元件，所述平衡重物，弹簧或水下浮体与所述线性元件的一端连接。

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