CN102003330B - 混合波力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合波力发电装置，其特征在于包括上浮体和下浮体两部分；上浮体是中空的，并在一侧设有开口，所述上浮体的中空部分设有浮子用于随波浪垂荡；下浮体内部设有导电线圈、液压缸、液压马达、发电机I和蓄电池；液压缸通过液压管路同液压马达相连接，液压马达的出轴通过联轴器与发电机I输入轴相连接；上浮体中的浮子通过连杆连接到液压缸中的活塞上，在液压缸上部设有环绕连杆并相对液压缸位置固定的若干匝导电线圈，与导电线圈对应位置的连杆上固定磁体，导电线圈的输出端和所述发电机I的电流输出电极通过整流单元后连接到蓄电池上。该装置能够提高系统的波能转换效率，发电相对稳定，受海洋生物影响较小，且成本低廉适于广泛推广。

Description

混合波力发电装置

技术领域

本发明涉及一种为航标提供能源的装置，尤其涉及一种基于电磁原理、液压驱动原理以及波浪理论，将波浪能转换为电能的混合波力发电装置。

背景技术

波能作为一种绿色的自然能源，总量是巨大的。由于航标的特殊使用场合，使得波力发电成为很有发展前景的航标能源之一。

目前在航标中应用的波力发电装置主要为气动型装置，分为两类：一类是带整流阀门的冲击式空气透平波力发电装置；另一类是新型对称翼空气透平波力发电装置。其共同的工作原理是，航标的浮体中心有一中央贯通的的管道，管子的下端与大海相通，管子的上端装有阀门、喷嘴、空气透平、发电机，并与空气相通。在波浪的作用下，航标浮体做升沉和纵摇运动，使其气室内的水柱做相对于气室的往复运动，迫使空气做往复运动，驱动空气透平和发电机发电，从而为航标提供能源。气动型波力发电航标存在的缺点是波能吸收效率低；空气叶轮转换效率不高，一般在15％左右；在小波浪情况下，发电极不稳定；中央管道容易受到沉积海草、贝类以及其他形式的污染，严重影响装置的效率。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制一种能够提高系统的波能转换效率，发电相对稳定，受海洋生物影响较小的混合波力发电装置。本发明采用的技术手段如下：

一种混合波力发电装置，其特征在于包括上浮体和下浮体两部分；所述上浮体是中空的，并在一侧设有开口，所述上浮体的中空部分设有浮子用于随波浪垂荡；所述下浮体内部设有导电线圈、液压缸、液压马达、发电机I和蓄电池；所述液压缸通过液压管路同液压马达相连接，所述液压马达的出轴通过联轴器与发电机I输入轴相连接；所述上浮体中的浮子通过连杆连接到液压缸中的活塞上，在液压缸上部设有环绕连杆并相对液压缸位置固定的若干匝导电线圈，与导电线圈对应位置的连杆上固定磁体，所述导电线圈的输出端和所述发电机I的电流输出电极通过整流单元后连接到蓄电池上。

所述上浮体和下浮体为一体设计，或为分体设计在使用时将上浮体和下浮体相固定。所述液压缸内上腔安装有连接液压缸顶部和活塞的弹簧。所述所述液压缸内的液压介质为水。所述浮子为圆柱形，且浮子的固有频率同其所处海域的平均频率相同或近似相同。所述浮子和连杆以铰链的方式相连接。

所述上浮体上装有辅助转动和风能利用装置，所述辅助转动和风能利用装置包括风叶、传动轴、轴承和发电机II；所述风叶通过传动轴和同发电机II的输入轴相连接，所述风叶和传动轴相固定，传动轴通过轴承固定在上浮体上。

所述风叶为风向标的形状。

述发电机II通过输出端子将电能输出到其内部的蓄电池中或下浮体中的蓄电池中。

本发明所述的混合波力发电方法及装置具有如下突出优点：

1、由于利用了波浪的反射、衍射，以及共振原理，使波浪能的吸收效率得以提高；

2、利用电磁原理以及液压驱动原理共同转换波能，大大提高能量转换效率，提高可靠性；

3、浮子包含在上浮体内部，起到保护浮子的作用，避免大波浪对浮子的冲击与破坏；

4、整个装置只有浮体与海水接触，减少了海洋生物的影响，可维护性增强。

附图说明

本发明共有4张附图，其中：

图1为本混合波力发电装置的主视结构示意图；

图2为上浮体的俯视图；

图3为图1中A-A的剖视图；

图4为辅助转动和风能利用装置示意图。

图中：1、上浮体，2、浮子，3、连杆，4、导电线圈，5、磁体，6、弹簧，7、液压缸，8、下浮体，9、液压马达，10、发电机I，11、蓄电池，12、开口，13、横板，14、活塞，15、液压管路，16、连接导线，17、铰链，18、风叶，19、传动轴，20、轴承，21、发电机II，22、输出端子。

具体实施方式

本发明基于波浪理论，包括波浪的反射、折射、衍射以及共振原理，设计一种更为高效的波能吸收结构，吸收的波能再通过电磁发电机构和液压马达驱动机构，转换为电能，最后两部分电能通过整流输出稳定的电流。

如图1所示的混合波力发电装置包括上浮体1和下浮体8，所述上浮体1和下浮体8可以做成中空的方体或者圆柱体，两部分可以做成一体，为了安装运输方便也可以做成单体，运输到现场后再通过焊接或者螺钉等方式固定在一起。本实施例以上浮体1是中空的方体为例进行说明(如图2所示)，所述上浮体1的中空部分设有浮子2用于随波浪垂荡，并在侧面留有开口12，波浪可以从开口12进入上浮体1的空腔部分，遇到开口12的对面形成反射波，与入射波叠加形成驻波，能量加倍驱动浮子2，浮子2做成圆柱形，且浮子2的固有频率与波浪的频率相同可以达到共振，在设计建造之前，已经确定此装置将应用那片海域。对于特定海域，相关科研单位都会通过一定的方法制作此海域的海浪谱，包括此海域的平均频率等数据，在设计制造浮子2时，完全可以使其固有频率和此海域的平均频率相同或近似相同。而且，浮子2做成圆柱形能够更好的追随波浪运动，更有利于达到共振。所述下浮体8内部设有导电线圈4、液压缸7、液压马达9、发电机I10和蓄电池11；所述液压缸7内上腔安装有连接液压缸顶部和活塞14的弹簧，针对上浮体在由波峰向波谷运动过程中，设计时主要是利用上浮体自身重力向下压活塞从而推动液压系统，但是在此过程中无法保证下浮体完全不动，或多或少的会因为上浮体的冲击克服浮力的作用而和上浮体同方向向下运动，这样的结果是减弱了活塞与缸体的相对运动，使液压系统的效率大大降低，严重时会失效。加上弹簧，就是为了减少上述因素的影响，利用弹簧的恢复力增加活塞和缸体之间的相对运动；所述液压缸7通过液压管路15同液压马达9相连接，所述液压马达9的出轴通过联轴器与发电机I10输入轴相连接；所述上浮体1中的浮子2通过连杆3连接到液压缸7中的活塞14上，浮子2与连杆3通过铰链17连接，在液压缸7上部设有环绕连杆3并相对液压缸7位置固定的若干匝导电线圈4，与导电线圈4对应位置的连杆3上固定磁体5可以随连杆3上下运动，其中线圈4可以通过横板13固定在下浮体8内壁(如图3所示)，所述导电线圈4的输出端和所述发电机I10的电流输出电极通过整流单元后连接到蓄电池11上。这样波浪通过上浮体1的入波口12进入其中空部分时，其内的浮子2会跟随波浪进行垂荡运动，一方面通过驱动与之相连的活塞14上下运动，从而挤压液压介质——水，液压马达在水的动力之下旋转，带动发电机I10发电，向蓄电池充电；另一方面，磁体5随连杆上下往复运动，从而改变线圈4中的磁通量，线圈4中产生感应电流，给蓄电池11充电。通过蓄电池的储能和释能，为航标提供能量。

如图4所示上浮体1上装有辅助转动和风能利用装置，所述辅助转动和风能利用装置包括风叶18、传动轴19、轴承20和发电机II21；所述风叶18通过传动轴19和同发电机II21的输入轴相连接，所述风叶18和传动轴19相固定，传动轴19通过轴承20固定在上浮体1上。风叶18吸收风能转换为自身的旋转动能，通过转动轴19、轴承20将动能传输给发电机II21，发出的电能通过输出端子22输出到其内部的蓄电池中(作为应急电源)或下浮体8中的蓄电池11中。所述风叶18为风向标的形状，能够将受到风的作用力作用在上浮体1上，使上浮体1转动使开口12大致朝向波浪的来向，利于波浪能的充分吸收。

上述波浪从上浮体1的开口进入其内部中空部分，因反射而形成驻波，波能得到加倍；浮子2的固有频率与此海域的平均波浪频率尽可能相同，从而在浮子随波浪上下浮动的时候能够达到共振。在这两方面因素的共同作用下，能够使浮子2的波能吸收效率将得到提升，再通过并联的电磁发电机构和液压马达-电机机构进行能量转换，整个系统的能量转换效率将得到大幅度提升。另外，系统的液压缸7内的液压介质为水，即使有少量泄漏，也不用担心污染海洋环境。整个装置关键部分都封闭在浮体内部，只有浮体与海水接触，但这并不严重影响系统的效率，所以减轻了海洋生物对整个装置的影响。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种混合波力发电装置，其特征在于包括上浮体(1)和下浮体(8)两部分；所述上浮体(1)是中空的，并在一侧设有开口(12)，所述上浮体(1)的中空部分设有浮子(2)用于随波浪垂荡；所述下浮体(8)内部设有导电线圈(4)、液压缸(7)、液压马达(9)、发电机I(10)和蓄电池(11)；所述液压缸(7)通过液压管路(15)同液压马达(9)相连接，所述液压马达(9)的出轴通过联轴器与发电机I(10)输入轴相连接；所述上浮体(1)中的浮子(2)通过连杆(3)连接到液压缸(7)中的活塞(14)上，在液压缸(7)上部设有环绕连杆(3)并相对液压缸(7)位置固定的若干匝导电线圈(4)，与导电线圈(4)对应位置的连杆(3)上固定磁体(5)，所述导电线圈(4)的输出端和所述发电机I(10)的电流输出电极通过整流单元后连接到蓄电池(11)上。

2.根据权利要求1所述的一种混合波力发电装置，其特征在于所述上浮体(1)和下浮体(8)为一体设计，或为分体设计在使用时将上浮体(1)和下浮体(8)相固定。

3.根据权利要求1所述的一种混合波力发电装置，其特征在于所述液压缸(7)内上腔安装有连接液压缸顶部和活塞(14)的弹簧。

4.根据权利要求1所述的一种混合波力发电装置，其特征在于所述液压缸(7)内的液压介质为水。

5.根据权利要求1所述的一种混合波力发电装置，其特征在于所述浮子(2)为圆柱形，且浮子(2)的固有频率同其所处海域的平均频率相同或近似相同。

6.根据权利要求1所述的一种混合波力发电装置，其特征在于所述浮子(2)和连杆(3)以铰链的方式相连接。

7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的一种混合波力发电装置，其 特征在于所述上浮体(1)上装有辅助转动和风能利用装置，所述辅助转动和风能利用装置包括风叶(18)、传动轴(19)、轴承(20)和发电机II(21)；所述风叶(18)通过传动轴(19)和发电机II(21)的输入轴相连接，所述风叶(18)和传动轴(19)相固定，传动轴(19)通过轴承(20)固定在上浮体(1)上。

8.根据权利要求7所述的一种混合波力发电装置，其特征在于所述风叶(18)为风向标的形状。

9.根据权利要求7所述的一种混合波力发电装置，其特征在于所述发电机II(21)通过输出端子(22)将电能输出到其内部的蓄电池中或下浮体(8)中的蓄电池(11)中。 

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