CN101624960B

CN101624960B - 波浪能转换系统

Info

Publication number: CN101624960B
Application number: CN2008100683597A
Authority: CN
Inventors: 徐旭文
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-07-08
Filing date: 2008-07-08
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2028-07-08
Also published as: CN101624960A

Abstract

本发明公开了一种波浪能转换系统。本发明的系统在水中悬浮一个面积较大、跨越多个波浪周期的框架，然后在该框架上设置多组波浪能转换装置来吸收浮体的上下、前后移动的动能产生水流势能，以直接进行发电或将水输送至高地。由于在波浪前进方向上多个波浪周期内的浮体驱动活塞往复运动所产生的对框架的作用力可以基本上相互对冲，致使该框架保持在近似静止的状态，可以用作各活塞泵的固定承台。这种系统直接悬浮在水中，不需要在水底打桩设置固定承台，因为大大降低了实现的难度，并且明显降低了成本。

Description

波浪能转换系统

技术领域

本发明涉及能量转换装置，更具体地说，涉及一种波浪能转换系统。

背景技术

地球上有将近70％的面积是水域，其中在海洋和大型湖泊中存在浪高很大的波浪，这些波浪蕴涵着巨大的能量。在能源短缺的今天，如何有效地利用这些取之不尽的可再生清洁能源，已经成为大家所关注的焦点，并且也已经提供了各种转换波浪能的解决方案。

申请号为200710124322.7的中国专利申请“波浪能汲水装置”便公开了一种有效地利用波浪能汲水的装置，充分利用了波浪在竖直方向上的起伏以及水平方向上的前后移动所产生的动量将水输送到高处。如图1所示，该波浪能汲水装置包括浮于水面上的浮体10、位于浮体下方的第一活塞泵20、位于浮体背向波浪的一侧的第二活塞泵40、以及分别与第一活塞泵20和第二活塞泵40的出水口连接的输水管61。第一活塞泵20通过万向节连接安装在浮体10下方水底地面上的第一固定承台30上。第二活塞泵40连接安装在从浮体10的背向波浪一侧的水底地向上延伸至水面的第二固定承台50上。

第一活塞泵20是单向反复式活塞泵，其活塞22通过第一活塞杆21与浮体10的底部连接，以在浮体10的上下起伏过程中带动活塞22做往复运动。当浮体10向上移动时，第一活塞泵20的进水单向阀23打开，出水单向阀关闭，水通过活塞22的向上移动而从进水单向阀23吸入第一活塞泵20内；当浮体10向下移动时，活塞22下移，进水单向阀23被关闭，出水单向阀24被打开，第一活塞泵20内的水被活塞22压入到输水管61中。

第二活塞泵40是双向往复式活塞泵，其活塞42通过第二活塞杆41与浮体10背向波浪的一侧连接，以在浮体10的前后移动过程中带动活塞42做往复运动。当活塞42随浮体10向后运动时，进水单向阀44被关闭，出水单向阀45被打开，活塞42后部腔室内的水被压入到输水管61内，同时活塞42前部腔室通过进水单向阀47进水，出水单向阀48被关闭；当活塞42向前运动时，进水单向阀47被关闭，出水单向阀48被打开，活塞42前部腔室内的水被压入到输水管61内，同时活塞42后部腔室通过进水单向阀43进水，出水单向阀45被关闭。两个活塞泵20和40中汲取的水汇总到输水管61中，由输水管61输送到高位水库60中，以用于发电。

以上介绍的波浪能汲水装置在浮体的下方和侧面均连接有活塞泵，可吸收利用波浪在竖直方向的能量和波浪前进方向的能量，提高了对波浪能的吸收利用率。但是，该波浪能汲水装置需要在浮体下方和侧部的水底分别设置固定承台，因而施工难度大，而且成本很高不实用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述施工难度大、成本高等缺陷，提供一种悬浮在水上的波浪能转换系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种波浪能转换系统，包括：悬浮在水中的框架；安装在所述框架上的多组波浪能转换装置，所述多组波浪能转换装置均匀地设置在所述框架上；其中，所述多组波浪能转换装置中的每一组包括浮于水上的浮体，所述浮体下方的竖直方向上设有安装在框架上第一活塞泵，所述第一活塞泵的活塞通过第一活塞杆与浮体的底部连接以随浮体的上下移动而往复运动，所述浮体的两侧水平方向上分别设有第二活塞泵和第三活塞泵以随浮体的前后移动而往复运动，所述第二活塞泵和第三活塞泵分别安装在从所述框架向上伸出的支架上且彼此相对设置，所述第二活塞泵的活塞通过第二活塞杆与浮体的背向波浪一侧连接，所述第三活塞泵的活塞通过第三活塞杆与浮体的面向波浪一侧连接；与每一组波浪能转换装置中的活塞泵的出水口相连以汇集水流的主水管。

一个实施例中，所述第一活塞泵是单活塞双向作用的往复式活塞泵。所述第一活塞泵被活塞分隔成上、下两个工作室且每个工作室设有进水单向阀和出水单向阀。所述第一活塞泵通过万向节连接在所述框架上。

一个实施例中，所述第二活塞泵和所述第三活塞泵是单活塞单向作用的往复式活塞泵。所述第二活塞泵的靠近浮体一侧通过活塞分隔成工作室并设有进水单向阀和出水单向阀，所述第二活塞泵的远离浮体的一侧通过万向节安装在从所述框架上伸出的第一支架顶端并设有供水流自由出入的开口。同样，所述第三活塞泵的靠近浮体一侧通过活塞分隔成工作室并设有进水单向阀和出水单向阀，所述第三活塞泵的远离浮体的一侧通过万向节安装在从所述框架上伸出的第二支架顶端并设有供水流自由出入的开口。

一个实施例中，所述框架上还安装有辅助风能转换装置，其包括从所述框架向上伸出的立柱、安装在立柱顶端转轴上的风叶、以及由风叶的旋转驱动的水泵，所述水泵的出水口与所述主水管连接。

一个实施例中，所述框架的四个角上设有用于将其锚定在水中的八字锚。例如，所述框架的四个角上分别设置弧形导轨，连接八字锚的四个支点在相应的导轨上移动以调整整个框架正对波浪的方向。

本发明的波浪能转换系统具有以下有益效果：本发明的系统在水中悬浮一个面积较大、跨越多个波浪周期的框架，然后在该框架上设置多组波浪能转换装置来吸收浮体的上下、前后移动的动能产生水流势能，以直接进行发电或将水输送至高地。由于在波浪前进方向上多个波浪周期内的浮体驱动活塞往复运动所产生的对框架的作用力可以基本上相互对冲，致使该框架保持在近似静止的状态，可以用作各活塞泵的固定承台。这种系统直接悬浮在水中，不需要在水底打桩设置固定承台，因为大大降低了实现的难度，并且明显降低了成本。

附图说明

图1是现有技术中的一种波浪能汲水装置的结构示意图；

图2是波浪前进过程中水面上质点的运动趋势示意图；

图3是根据本发明一个实施例所采用的框架的结构示意图；

图4A是根据本发明一个实施例所采用的框架上设置的多个驱动浮体的示意图；

图4B是图4A所示的多个驱动浮体的作用力分解示意图；

图5是根据本发明一个实施例的一组波浪能转换装置的结构示意图；

图6是根据本发明一个实施例中框架的结构示意图；

图7是根据本发明一个实施例中辅助风能转换装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明：

如图2所示，随着波浪向前的推进，水面上任何位置的质点A在一个波浪周期内的运动轨迹近似一个圆或椭圆，如图2中虚线所示，在竖直方向和水平方向分解后不仅有上下的移动，还有在波浪行进方向的前后移动。

基于此原理，本发明的波浪能转换装置设置了一个面积较大、可跨越多个波浪周期的框架300，如图3所示是其一个实施例。通过在该框架300上的适当位置悬挂浮体(参见图5中的浮体700)，将该框架300悬置在水中。

框架300上可以设置多组吸收波浪能以转换成水流势能的波浪能转换装置。例如，如图3所示的实施例中，可以在栅格框架300的每一个结点上设置一组波浪能转换装置(参见图5)，以充分利用波浪的上下起伏和前后移动所产生的动能。当然，如3所示仅仅是本发明的一个实施例，本发明还可以采用其它各种形式的框架。此外，如图6所示，可在框架300的四个角设置用于将其锚定在水中的八字锚904。通过抛掷八字锚，可以将整个系统相对的限制在一定区域内，以免被风浪所破坏。通过适当的控制系统来调节各个八字锚904，便可调节框架300面对波浪的方向，以便更加有效地利用波浪能。例如，框架300的四个角上分别设置弧形导轨902，连接八字锚904的四个支点906可以在相应的导轨902上移动，从而调整整个框架300正对波浪的方向。

图5所示是设置在框架300上的多组波浪能转换装置的一组的实施例的结构示意图。第一活塞泵200竖直设置在驱动浮体100的下方，其底部通过万向节307与框架300固定连接。第一活塞泵200的活塞204通过第一活塞杆202与驱动浮体100的底部连接，从而随驱动浮体100的上下起伏，活塞204在第一活塞泵200内做往复运动。如图5所示的实施例中，第一活塞泵200是单活塞双向作用的往复式活塞泵，被活塞204分隔成上、下两个工作室，上工作室设有进水单向阀206和出水单向阀208，下工作室设有进水单向阀210和出水单向阀212。当驱动浮体100随波浪向上移动时，上工作室内的单向进水阀206被关闭，出水单向阀208被打开，上工作室内的水被活塞204通过出水单向阀208压入主水管800内，形成具有一定势能的水流。同时，下工作室因活塞204上移而出现负压，单向出水阀212被关闭，单向进水阀210被打开，第一活塞泵200外部的水通过单向进水发210吸入下工作室内。当驱动浮体100随波浪向下移动时，下工作室内的单向进水阀210被关闭，出水单向阀212被打开，下工作室内的水被活塞204通过出水单向阀212压入主水管800内，形成具有一定势能的水流。同时，上工作室因活塞204下移而出现负压，单向出水阀208被关闭，单向进水阀206被打开，第一活塞泵200外部的水通过单向进水阀206吸入上工作室内。至此，第一活塞泵200的一个往复循环完成，在第一活塞泵200的活塞204随驱动浮体100下移或上移的过程中，都有水流被压入主水管800。随着驱动浮体100在水面500上持续的起伏，第一活塞泵200持续地向主水管800提供具有一定压力的水流，以便后续利用。

此外，如图5所示的实施例中，为了更加充分的利用波浪在水平方向上产生的动能，该实施例还在驱动浮体100的背向波浪一侧的水平方向上设有第二活塞泵400，并在驱动浮体的面向波浪的一侧的水平方向上设有第三活塞泵600，以利用驱动浮体100前后移动所产生的动能。

第二活塞泵400水平设置，为单活塞单向作用的往复式活塞泵。第二活塞泵400的右端通过万向节306安装在从框架300上伸出的支架302顶端。第二活塞泵400的左侧通过活塞404隔出工作室，并设有进水单向阀406和出水单向阀408，其中出水单向阀408与主水管800连通。第二活塞泵400的右侧设有开口410以供海水自由进出。活塞404通过第二活塞杆402与驱动浮体100的背向波浪一侧连接，从而使活塞404可以随驱动浮体100的前后移动而做往复运动。如图5所示，为了使支架302在海浪的冲击下更稳固，该实施例中还设有支撑该支架302的撑杆304。

如图5所示，当驱动浮体100随波浪向前移动时，左侧工作室因活塞404前移而出现负压，单向出水阀408被关闭，单向进水阀406被打开，第二活塞泵400外部的水通过单向进水阀406吸入工作室内。当驱动浮体100随波浪向后移动时，单向进水阀406被关闭，出水单向阀408被打开，工作室内的水被活塞404通过出水单向阀408压入主水管800内，形成具有一定势能的水流。至此，第二活塞泵400的一个往复循环完成。随着驱动浮体100在水面上持续的前后移动，第二活塞泵400持续地向主水管800提供具有一定压力的水流，以便后续利用。

驱动浮体100的面向波浪的一侧的水平方向上还设置有第三活塞泵600。第三活塞泵600具有与第二活塞泵400相同的结构，并相对设置。即，第三活塞泵600的右侧通过活塞604隔出工作室，并设有进水单向阀606和出水单向阀608，其中出水单向阀608与主水管800连通。第三活塞泵600的左侧设有开口610以供海水自由进出。活塞604通过第三活塞杆602与驱动浮体100的面向波浪一侧连接，从而使活塞604可以随驱动浮体100的前后移动而做往复运动。同样，第三活塞泵600通过万向节安装在从框架300上伸出的支架顶端。如图5所示，当驱动浮体100随波浪前移时，第三活塞泵600的进水单向阀606被关闭，出水单向阀608被打开，活塞604将工作室内的水压入与出水单向阀608连接的主水管800内。当驱动浮体100随波浪后移时，第三活塞泵600的工作室内为负压，单向出水阀608被关闭，单向进水阀606被打开，外部的水被吸入第三活塞泵600的工作室内。由此，驱动浮体100前后移动过程中的动能都被充分的利用起来，由第二活塞泵400和第三活塞泵600持续互补地向主水管800供应高压水流。

主水管800用于将设置在框架300上的多组波浪能转换装置的各活塞泵压出的水流汇集，以提供给发电机进行发电，该发电机可直接设置在框架300上的合适位置处，然后再通过线缆将电能传回陆地。或者，主水管800将汇集的高压水流输送回陆地的高位水库，以在陆地进行发电，或作其它用途。

由于海水会对发电机组等设备产生腐蚀，因而用海水直接发电所需的设备标准要求高，成本高。因此，在本发明的波浪能转换系统用于在海上直接给发电机组提供高压水流发电时，该系统内的各活塞泵进水阀可以与淡水源相连，用淡水做冲击水力发电机组的介质。并且，经过发电机组的淡水可通过输送管道送回各活塞泵的进水阀，从而实现循环利用。

本发明的波浪能转换系统在悬置于水中的框架上设置多组波浪能转换装置，利用多个驱动浮体上的活塞泵对框架的作用力的相互抵消，使框架基本上可以在水中保持静止状态，因而无需在海底设置固定承台，大大降低了实现成本。如图4A和图4B所示是设置在框架上的多个驱动浮体的分布以及对框架产生的作用力的分解示意图。从图中可以看出，在多个波浪周期中处于波峰上的各驱动浮体A₁、A₂、A₃和A₄带动对应活塞泵往复运动时分别对框架产生向下和向前的作用力，而在多个波浪周期中处于波谷上的各驱动浮体B₁、B₂、B₃和B₄带动对应活塞泵往复运动时分别对框架产生向上和向后的作用力。因而，多个波浪周期上对框架产生的作用力可以基本相互抵消，从而使悬置在水中的框架基本保持在静止状态。

图7是根据本发明一个实施例中辅助风能转换装置的示意图。为了进一步增强主水管800内的水流压力，以更有效的驱动水力发电机组，本发明的一个实施例还在框架300上的适当位置增设一套或多套辅助风能转换装置，其具体结构参见图7。辅助风能转换装置1000包括从框架300向上伸出的立柱1200、安装在立柱1200顶端的转轴1300上的风叶1400、以及由风叶1400的旋转驱动而工作的水泵1100。风叶1400在风力作用下转动，带动转轴1300旋转，进而带动轴承1102转动，驱动水泵1100工作，水泵1100将外部水源从进水口1106吸入，并将高压水流从出水口1108排出给与出水口1108连通的主水管800。

以上结合各种实施例介绍了本发明的波浪能转换系统，显然，本发明的范围并不受以上具体实施例的限制。根据以上对本发明的介绍，本领域的普通技术人员能够对本发明的各实施例做出各种变更和替换而不脱离本发明的范围和精神实质。

Claims

1.一种波浪能转换系统，其特征在于，包括：

悬浮在水中的框架，所述框架的面积跨越多个波浪周期；

安装在所述框架上的多组波浪能转换装置，所述多组波浪能转换装置均匀地设置在所述框架上；其中，所述多组波浪能转换装置中的每一组包括浮于水上的浮体，所述浮体下方的竖直方向上设有安装在框架上第一活塞泵，所述第一活塞泵的活塞通过第一活塞杆与浮体的底部连接以随浮体的上下移动而往复运动，所述浮体的两侧水平方向上分别设有第二活塞泵和第三活塞泵以随浮体的前后移动而往复运动，所述第二活塞泵和第三活塞泵分别安装在从所述框架向上伸出的支架上且彼此相对设置，所述第二活塞泵的活塞通过第二活塞杆与浮体的背向波浪一侧连接，所述第三活塞泵的活塞通过第三活塞杆与浮体的面向波浪一侧连接；

与每一组波浪能转换装置中的活塞泵的出水口相连以汇集水流的主水管。

2.根据权利要求1所述的波浪能转换系统，其特征在于，所述第一活塞泵是单活塞双向作用的往复式活塞泵。

3.根据权利要求2所述的波浪能转换系统，其特征在于，所述第一活塞泵被活塞分隔成上、下两个工作室且每个工作室设有进水单向阀和出水单向阀。

4.根据权利要求1所述的波浪能转换系统，其特征在于，所述第一活塞泵通过万向节连接在所述框架上。

5.根据权利要求1所述的波浪能转换系统，其特征在于，所述第二活塞泵和所述第三活塞泵是单活塞单向作用的往复式活塞泵。

6.根据权利要求5所述的波浪能转换系统，其特征在于，所述第二活塞泵的靠近浮体一侧通过活塞分隔成工作室并设有进水单向阀和出水单向阀，所述第二活塞泵的远离浮体的一侧通过万向节安装在从所述框架上伸出的第一支架顶端并设有供水流自由出入的开口。

7.根据权利要求5所述的波浪能转换系统，其特征在于，所述第三活塞泵的靠近浮体一侧通过活塞分隔成工作室并设有进水单向阀和出水单向阀，所述第三活塞泵的远离浮体的一侧通过万向节安装在从所述框架上伸出的第二支架顶端并设有供水流自由出入的开口。

8.根据权利要求1所述的波浪能转换系统，其特征在于，所述框架上还安装有辅助风能转换装置，其包括从所述框架向上伸出的立柱、安装在立柱顶端转轴上的风叶、以及由风叶的旋转驱动的水泵，所述水泵的出水口与所述主水管连接。

9.根据权利要求1所述的波浪能转换系统，其特征在于，所述框架的四个角上设有用于将其锚定在水中的八字锚。

10.根据权利要求9所述的波浪能转换系统，其特征在于，所述框架的四个角上分别设置弧形导轨，连接八字锚的四个支点在相应的导轨上移动以调整整个框架正对波浪的方向。