CN101846031B - 利用海浪起伏波动和涌动的能量发电的方法及海浪发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用海浪起伏波动和涌动的能量发电的方法及海浪发电机。本发明的发电的方法包括如下步骤：(1)将固定有海浪发电机及附件的浮筒安放在海面上，浮筒通过连接绳与海底的沉锚连接；(2)在浮筒、沉锚和连接绳的相互作用下，带动浮筒上的杠杆联动机构动作；(3)杠杆联动机构驱动压缩皮囊，将压缩缸内的海水压到储压罐内；(4)储压罐的进口粗、出口细，通过压缩罐内的空气来实现向出口输送平稳压力的海水；(5)海水在驱动水轮发电机的水轮旋转发电后，排入大海。有益效果是：能量转换效率高，运行阻力小，发电机工作状态平稳，结构简单，成本低廉，易于安装，便于实施，有利于开发绿色能源和保护环境。

Description

利用海浪起伏波动和涌动的能量发电的方法及海浪发电机

一、技术领域：

本发明涉及一种发电设备及发电方法，特别涉及一种利用海浪起伏波动和涌动的能量发电的方法及海浪发电机。

二、背景技术：

随着人类的科技发展日新月异，对能源的需求也越来越大。随着石油、煤炭等矿物能源的资源紧缺，使得使用成本不断提高。同时矿物能源的使用对环境的污染也极其严重。现在人们逐渐开始加大对太阳能、风能、潮汐能和海浪能这些自然的环保能源的开发和利用。现有技术的海浪能发电机在收集海浪能的方式上各种各样，但基本上都是通过采用活塞压缩、变速齿轮组变速、棘齿轮和单向轴承产生单向旋转等方式来获得机械能从而转变成电能。

上述这些方式在不同程度上都存在着一些能量转换上的缺陷：1、采用活塞往复运动压缩时，活塞环与缸体不可避免的产生摩擦阻力，使得海浪能需要有很大一部分消耗在克服摩擦阻力上，如果增加润滑系统则会使其结构复杂，大幅增加成本。2、变速齿轮组结构复杂，制造成本高，各级齿轮转动时阻力大，必须增加润滑系统及密闭系统，并且磨损后不易更换。3棘齿轮和单向轴承结构复杂，成本高，磨损后不易更换。4、由于海浪的波动起伏原因，上述各个方式都不能使发电机处于一种相对平稳的状态下运转工作。

三、发明内容：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种利用海浪起伏波动和涌动的能量发电的方法及海浪发电机，其结构简单、成本低廉、运行阻力小、工作状态较平稳。

本发明的发电的方法包括如下步骤：

(1)将固定有水轮发电机及附件的浮筒安放在海面上，浮筒通过连接绳与海底的沉锚连接；(2)在浮筒、沉锚和连接绳的相互作用下，带动浮筒上的杠杆联动机构动作；(3)杠杆联动机构驱动压缩皮囊，将压缩缸内的海水压到储压罐内；(4)储压罐的进口粗、出口细，通过将压缩罐内的空气压缩来实现向出口输送平稳压力的海水；(5)海水在驱动水轮发电机的水轮旋转发电后，排入大海。

上述的杠杆联动机构主要由杠杆、重砣、支架、限位架、压缩连杆，杠杆的一端与压缩连杆一端活动相接，杠杆穿过限位架，限位架固定在浮筒上，限位架上设有限位栓，杠杆中部通过铰链与支架相接，支架底部与浮筒固定，杠杆的另一端通过铰链与托盘架相接，托盘架上设置重砣。

上述的压缩皮囊外缘与压缩缸通过法兰连接，法兰上部设有扶正套管，压缩缸固定在浮筒底部平台上，压缩缸的底部设有进出水管并分别与海面和储压罐进水管一端的相连，压缩缸的顶部由压缩皮囊内缘与压缩板通过法兰连接进行密闭，压缩板与压缩连杆连接。

上述的储压罐固定在浮筒上，储压罐设有安全阀、泄压管、储压罐放空阀和储压罐出水管，泄压管设在储压罐的内部，一端与安全阀相连，另一端位于储压罐内的下部空间，储压罐放空阀设于储压罐的上部空间，储压罐出水管一端与储压罐底部相连，另一端与水轮发电机相连。

一种利用海浪起伏波动和涌动的能量发电的海浪发电机，其技术方案是：主要由沉锚、缆绳、浮筒、杠杆联动机构、压缩缸、储压罐、水轮发电机组成，杠杆联动机构、压缩缸、储压罐、水轮发电机固定在浮筒上，沉锚沉于海底，通过缆绳与杠杆联动机构连接；压缩缸的底部设有进出水管并分别与海面和储压罐进水管相连，储压罐进水管另一端与储压罐相连，压缩板与压缩连杆连接，压缩缸的顶部通过由压缩皮囊的内缘与压缩板以法兰形式连接，压缩皮囊的外缘与压缩缸以法兰形式连接进行密闭，压缩缸法兰上部设有扶正套管；所述的储压罐设有安全阀、泄压管、储压罐放空阀和储压罐出水管，泄压管设在储压罐的内部，一端与安全阀相连，另一端位于储压罐内的下部空间，储压罐放空阀设于储压罐的上部空间，储压罐出水管的一端与储压罐底部相连，另一端与水轮发电机相连。

上述的杠杆的末端上翘30-60度，并设有牵引环。

其中，沉锚可因地制宜的采用金属块、岩石块、混凝土浇筑或建筑垃圾沉箱等大于海水密度的固体物质构成，其重量大于海水作用于浮筒29时所产生的浮力。

缆绳的绳体为非金属材质，其可承受的耐拉伸强度大于沉锚的本体重量，根据不同海域的深度和涨跌潮时的水位差再加上一定量的余量而选用缆绳的相应长度，可以使本发明专利适应于绝大多数深度的海域。

杠杆为金属材质，其抗弯曲强度大于沉锚的本体重量，杠杆的末端上翘45°角，可达到同时吸收海浪起伏能量和海浪涌动能量的目的。

限位栓为金属材质，其抗弯曲强度大于沉锚的本体重量。配合着限位架上面的多个限位栓孔，可实现控制杠杆在设定的范围内上下位移，使压缩皮囊安全的在可靠的极限范围以内工作。或是固定杠杆，使其不产生位移而停机，以便于进行各部件日常的维护保养和更换。

其中，重砣可采用金属块、岩石块、混凝土等固体物质构成，其重量略大于杠杆、压缩连杆、压缩皮囊和缆绳正常工作回位时所需克服的阻力；当然，也可以采用弹簧来代替重砣。压缩连杆和压缩板及紧固螺栓采用不锈钢材质构成；压缩皮囊由柔性材质构成，如橡胶、帆布等。

其中，压缩缸由玻璃钢或PVC材料构成。压缩缸与压缩板、压缩皮囊、扶正套管整体位于水平面以下。利用水平面与压缩缸进水管之间的水位差，来克服一部分压缩板和压缩皮囊正常工作回位时的阻力。

压缩缸放空阀连接压缩缸内的顶部空间，压缩缸放空阀的顶端高于水平面，可以放净压缩缸内部的所有空气；扶正套管采用玻璃钢或PVC材质构成；进水单流阀和出水单流阀的内部流道方向相同；储压罐进水管由玻璃钢或PVC材料构成，连接储压罐的内部空间。储压罐由玻璃钢或PVC材质构成。储压管放空阀位于储压罐的上半部，横向连接在储压罐内的上部空间，用来控制储压罐内部的液面高度和气体空间。其中，储压罐出水管由玻璃钢或PVC材料构成，管径小于储压罐进水管的管径。水轮发电机为标准发电设备。

其中，浮筒浸入水平面以下的部分占其总体积的1/2-2/3，用以有效吸收海浪涌动的能量。

本发明的有益效果是：能量转换效率高，运行阻力小，发电机工作状态平稳，各管件、阀件、缸体、罐体均可采用非金属材质部件组建，耐盐碱腐蚀，结构简单，技术成熟，成本低廉，易于安装，便于实施，有利于开发绿色能源，减少二氧化碳排放和保护环境。

四、附图说明：

附图1是本发明的结构示意图；

上图中：沉锚1、缆绳2、牵引环3、杠杆4、限位架5、支架6、重砣7、托盘架8、限位栓孔9、限位栓10、压缩连杆11、压缩缸放空阀12、压缩板13、压缩皮囊14、扶正套管15、压缩缸法兰16、压缩缸17、进水单流阀18、出水单流阀19、浮筒底部平台20、储压罐进水管21、储压罐放空阀22、安全阀23、泄压管24、储压罐25、储压罐出水管26、水轮发电机27、水轮发电机出水管28、浮筒29。

五、具体实施方式：

实施例1，结合附图1，对本发明作进一步的描述：

本发明由沉锚1、缆绳2、牵引环3、杠杆4、限位架5、支架6、重砣7、托盘架8、限位栓孔9、限位栓10、压缩连杆11、压缩缸放空阀12、压缩板13、压缩皮囊14、扶正套管15、压缩缸法兰16、压缩缸17、进水单流阀18、出水单流阀19、浮筒底部平台20、储压罐进水管21、储压罐放空阀22、安全阀23、泄压管24、储压罐25、储压罐出水管26、水轮发电机27、水轮发电机出水管28、浮筒29组成。沉锚1沉于海底，通过缆绳2与杠杆4一端的牵引环3相连，杠杆4的一端通过铰链与压缩连杆11一端相接，杠杆4穿过限位架5，限位架5固定在浮筒29上，限位架5上设有上下两个限位栓10和多个限位栓孔9，杠杆4中部通过铰链与支架6相接，支架6底部与浮筒29固定，杠杆4的另一端通过铰链与托盘架8相接，托盘架8上设置重砣7，压缩连杆11另一端与压缩板13相连，压缩板13上设置压缩缸放空阀12，压缩板13与压缩皮囊14的内缘以法兰形式连接，压缩皮囊14的外缘与压缩缸17以法兰形式连接，压缩缸法兰16上部设有扶正套管15，压缩缸17固定在浮筒底部平台20上，压缩缸17底部设有进出水管并分别设有进水单流阀18和出水单流阀19，出水单流阀19与储压罐进水管21一端相连，储压罐进水管21另一端与储压罐25相连，储压罐25固定在浮筒29上，储压罐25设有安全阀23、泄压管24、储压罐放空阀22和储压罐出水管26，泄压管24设在储压罐25的内部，一端与安全阀23相连，另一端位于储压罐25内的下部空间，储压罐放空阀22设于储压罐25的上部空间，储压罐出水管26一端与储压罐25底部相连，另一端与水轮发电机27相连，水轮发电机27固定于浮筒上，水轮发电机27的另一端设有水轮发电机出水管28。

本发明的一种海浪发电机及发电方法的运行情况和工作原理如下：先通过限位架5上的限位栓10与限位栓孔9的配合，将杠杆4的位置固定，不与浮筒29产生相对位移，使整台机组处于停机状态，然后将压缩缸放空阀12打开，由于压缩缸17与压缩板13、压缩皮囊14、扶正套管15整体位于水平面以下，并且压缩缸放空阀12连接在压缩缸17内的顶部空间，压缩缸放空阀12的顶端高于水平面，所以水平面与压缩缸下部的进水管之间存在水位压差，海水靠压力差顶开进水单流阀18的阀片，进入压缩缸17的内部，将压缩缸17内部的空气经压缩缸放空阀12全部挤出，等压缩缸17的内部全部充满海水后，关闭压缩缸放空阀12，将限位架5上面的限位栓10通过限位栓孔9调整到设定的安全工作位置，使杠杆4在设置的工作范围内可以随海浪的起伏而与浮筒29产生相对的位移，使整台机组开始处于工作状态。

机组工作时，由位于海底的沉锚1通过缆绳2与牵引环3的相连，将杠杆4牵制住，由于浮筒29随海浪的起伏频率而上下起伏，但是沉锚1的质量大于浮筒29的浮力，在受沉锚1、缆绳2和牵引环3的牵制下，杠杆4不随浮筒29一起产生方向一致的位移，而是通过与浮筒29相固定的支架6依照杠杆原理而产生与浮筒29方向相反的相对位移，当浮筒29随海浪的起伏向上产生位移时，杠杆4产生向下的相对位移，同时杠杆4带动压缩连杆11产生向下的相对位移，压缩连杆11带动压缩板13产生向下的相对位移，压缩板13与压缩皮囊14的内缘相连，压缩皮囊14的外缘与压缩缸17连接，压缩缸17固定在浮筒底部平台20上，当压缩板13向下位移的同时，压缩缸17在浮筒29的带动下向上运动位移，在沉锚1的质量牵制下产生的向下位移和浮筒29的浮力作用产生的向上位移的作用下，压缩皮囊14同时受到压缩板13与压缩缸17的相对作用力，在经过扶正套管15抵消掉压缩皮囊14所受的水平位移的作用力的同时，在压缩板13与压缩缸17的相对作用力下压缩皮囊14发生变形并开始折叠收缩，进而使压缩缸17的内部空间受到挤压变小，由于压缩缸17内部充满海水，根据液体不可压缩原理，压缩缸17内部的海水受到压缩皮囊14的变形压缩而产生压力，压力均布整个缸体内部，进水单流阀18和出水单流阀19与压缩缸17内部相通，两个单流阀的阀体内部流道方向相同，当压缩缸17内部海水压力作用到进水单流阀18上时，产生与进水单流阀18的阀体内部流道方向相反的作用力，压迫住进水单流阀18内部的启闭阀片，使启闭阀片处于关闭状态，当压缩缸17内部海水压力作用到出水单流阀19上时，产生与出水单流阀19的阀体内部流道方向相同的作用力，当压缩缸17内部海水压力大于使出水单流阀19内部的启闭阀片开启的力度时，出水单流阀19内部的启闭阀片处于开启的状态，使压缩缸17内部的一部分受压海水经出水单流阀19的开启阀片进入储压罐进水管21，当浮筒29随海浪的起伏向下产生位移时，压缩缸17在浮筒29的带动下同时向下运动位移，杠杆4在重砣7的作用下，通过与浮筒29相固定的支架6依照杠杆原理而产生与浮筒29方向相反的相对位移，同时杠杆4带动压缩连杆11产生向上的相对位移，压缩连杆11带动压缩板13产生向上的相对位移，压缩皮囊14同时受到压缩板13与压缩缸17的相对作用力，在这个作用力下压缩皮囊14发生变形并开始伸张拉长，进而使压缩缸17的内部空间受到压缩皮囊14的变形伸张拉长影响而增大产生负压，压缩缸17内部的负压作用在出水单流阀19上时，产生与出水单流阀19的阀体内部流道方向相反的作用力，使出水单流阀19内部的启闭阀片在负压吸附作用下处于关闭状态，压缩缸17内部的负压作用到进水单流阀18上时，产生与进水单流阀18的阀体内部流道方向相同的作用力，吸附起进水单流阀18内部的启闭阀片，使启闭阀片处于开启状态，同时由于进水单流阀18处于水平面以下，水平面与进水单流阀18之间存在着一个水位的正压压差，这个正压压差作用在进水单流阀18上与阀体内部流道方向相同，同压缩缸17内部的负压同时作用于进水单流阀18内部的启闭阀片上，可加大启闭阀片的开启角度，减少压缩板13向上相对位移时的阻力。

经出水单流阀19排出的压力海水通过储压罐进水管21进入储压罐25内部，刚开始时储压罐放空阀22处于开启位置，由于储压罐出水管26的管径远小于储压罐进水管21的管径，所以储压罐进水管21的进水量大于储压罐出水管26的排水量，随着浮筒29的不断起伏，带动相关联动部件使压缩缸不断的压出海水，使海水在储压罐25内部的体积不断积累增加，将储压罐25内部的空气不断挤出，当海水的液面达到储压罐放空阀22时，将储压罐放空阀22关闭，使储压罐25上部存在一部分空气，根据空气可被压缩，液体不可被压缩的原理，越来越多进入的海水开始压缩储压罐25上部的空气，通过空气的被压缩，实现在储压罐25内储存一部分压力海水的能量，当出水单流阀19关闭时，储压罐进水管21停止进水，这时储压罐25内的压力因储压罐出水管26向水轮发电机27连续不断输送海水而使得压力值降低，储压罐25内的被压缩空气因压力值的降低而产生膨胀，释放出被压缩空气吸收的压力能量，弥补储压罐25内的一部分压力损失，维持一定范围内的压力平稳，保证水轮发电机27的连续平稳的工作状态。当储压罐25内的压力值超过安全阀23设定的安全压力值时，安全阀23的阀片被罐内压力顶开，通过与罐体内部连接的泄压管24向外泄掉一部分海水，降低储压罐25内的压力达到设定值范围内，并保持一定范围内的压力恒定，保证了储压罐25、储压罐进水管21、储压罐出水管26、压缩皮囊14和压缩缸17能够在安全的工作压力值范围内工作，不会因压力过高而产生憋压损坏各部件。储压罐25内部的海水经储压罐出水管26传送到水轮发电机27，由于储压罐出水管26的管径小于储压罐进水管21的管径，根据液体管路内压力相等，横截面积越小，流速越快的原理，在储压罐出水管26内产生与储压罐25内部压力相等，远大于储压罐进水管21内液体流速的水流，快速进入水轮发电机27内驱动发电机旋转发出电流。做完功的海水由水轮发电机出水管28流出后排向大海。随着海浪的连续不断的起伏，驱动本发电机组的各个联动部件循环做功，将能量通过海水连续传递到发电机内，使发电机持续不断的发出电流。储压罐25可根据实际情况增设多个储压罐出水管26，配套多台水轮发电机27同时进行工作。

实施例2：

本发明的用于支撑压缩缸等附件的浮筒底部平台20可以为支架，或者减小浮筒底部平台20的大小，当然，浮筒的形状也不仅限于本发明所描述的结构。另外，也可以将浮筒上部的发电机及附件密封，形状不限，仅属于本发明要求保护的范围。

Claims (3)

1.一种利用海浪起伏波动和涌动的能量发电的方法，其特征是包括如下步骤：

(1)将固定有水轮发电机及附件的浮筒安放在海面上，浮筒通过连接绳与海底的沉锚连接；

(2)在浮筒、沉锚和连接绳的相互作用下，带动浮筒上的杠杆联动机构动作；

(3)杠杆联动机构驱动压缩皮囊，将压缩缸内的海水压到储压罐内；

(4)储压罐的进水管粗、出水管细，通过将储压罐内的空气压缩来实现向出水管输送平稳压力的海水；

(5)海水在驱动水轮发电机的水轮旋转发电后，排入大海；

所述的杠杆联动机构主要由杠杆(4)、重砣(7)、支架(6)、限位架(5)、压缩连杆(11)组成，杠杆(4)的一端与压缩连杆(11)一端活动相接，杠杆(4)穿过限位架(5)，限位架(5)固定在浮筒(29)上，限位架(5)上设有限位栓(10)，杠杆(4)中部通过铰链与支架(6)相接，支架(6)底部与浮筒(29)固定，杠杆(4)的另一端通过铰链与托盘架(8)相接，托盘架(8)上设置重砣(7)；

所述的压缩皮囊(14)与压缩缸(17)通过法兰连接，法兰(16)上部设有扶正套管(15)，压缩缸(17)固定在浮筒底部平台(20)上，压缩缸(17)的底部设有进出水管，进水管与海面相连，出水管与储压罐进水管(21)一端相连，压缩缸(17)的顶部由压缩皮囊(14)的内缘与压缩板(13)通过法兰连接进行密闭，压缩板(13)与压缩连杆(11)连接；

所述的储压罐(25)固定在浮筒(29)上，储压罐(25)设有安全阀(23)、泄压管(24)、储压罐放空阀(22)和储压罐出水管(26)，泄压管(24)设在储压罐(25)的内部，一端与安全阀(23)相连，另一端位于储压罐(25)内的下部空间，储压罐放空阀(22)设于储压罐(25)的上部空间，储压罐出水管(26)一端与储压罐(25)底部相连，另一端与水轮发电机(27)相连。

2.一种利用海浪起伏波动和涌动的能量发电的海浪发电机，其特征是：

主要由沉锚(1)、缆绳(2)、浮筒(29)、杠杆联动机构、压缩缸(17)、储压罐(25)、水轮发电机(27)组成，杠杆联动机构、压缩缸(17)、储压罐(25)、水轮发电机(27)固定在浮筒(29)上，沉锚(1)沉于海底，通过缆绳(2)与杠杆联动机构连接；压缩缸(17)的底部设有进出水管，进水管与海面相连，出水管与储压罐进水管(21)一端相连，储压罐进水管(21)另一端与储压罐(25)相连，压缩板(13)与压缩连杆(11)连接，压缩缸(17)的顶部通过由压缩皮囊(14)的内缘与压缩板(13)以法兰形式连接，压缩皮囊(14)的外缘与压缩缸(17)以法兰形式连接进行密闭，压缩缸法兰(16)上部设有扶正套管(15)；所述的储压罐(25)设有安全阀(23)、泄压管(24)、储压罐放空阀(22)和储压罐出水管(26)，泄压管(24)设在储压罐(25)的内部，一端与安全阀(23)相连，另一端位于储压罐(25)内的下部空间，储压罐放空阀(22)设于储压罐(25)的上部空间，储压罐出水管(26)的一端与储压罐(25)底部相连，另一端与水轮发电机(27)相连；所述的杠杆联动机构主要由杠杆(4)、重砣(7)、支架(6)、限位架(5)、压缩连杆(11)组成，杠杆(4)的一端与压缩连杆(11)一端以铰链相接，杠杆(4)穿过限位架(5)，限位架(5)固定在浮筒(29)上，限位架(5)上设有限位栓(10)，杠杆(4)中部通过铰链与支架(6)相接，支架(6)底部与浮筒(29)固定，杠杆(4)的另一端通过铰链与托盘架(8)相接，托盘架(8)上设置重砣(7)。

3.根据权利要求2所述的利用海浪起伏波动和涌动的能量发电的海浪发电机，其特征是：所述的杠杆(4)的末端上翘，并设有牵引环(3)。

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