CN102352811A - 嵌套浮摆式波浪发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种嵌套浮摆式波浪发电装置，包括内浮子和外浮子；所述外浮子包括封闭防水层和置于所述封闭防水层外部的封闭外浮子壳体，外浮子内固定有多个均布的磁铁和配重A；所述内浮子包括封闭内浮子壳体，所述内浮子壳体内固定有依据发电机线圈缠绕方法缠绕的电子线圈和配重B，所述电子线圈和所述配重B形成中空结构；所述封闭内浮子壳体置于所述封闭防水层内部；所述封闭防水层内有内置水体，所述内置水体上浮有所述内浮子；所述内浮子壳体与所述封闭防水层之间通过限位系缆连接；所述封闭外浮子壳体通过锚链与海底基岩连接；所述电子线圈上连接有输出导线。本发明集高效率与高可靠性为一体，并且成本低廉，能够适应不同的地形和海况条件。

Description

嵌套浮摆式波浪发电装置
技术领域
本发明涉及一种海洋波浪能发电的装置，特别是涉及一种嵌套浮摆式波浪发电装置，属于新型可再生能源技术领域。
背景技术
随着世界经济的发展、人口的激增、社会的进步，人类对能源的需求日益增长。海洋中蕴含着丰富的资源，随着陆域资源的开发利用，在陆上资源日益短缺的今天，人们不得不转向海洋领域的开发研究去寻找新的发展空间。能源科学和海洋技术的重新升温，为解决这一世界性的能源与环境问题开辟了新的途径。波浪发电作为一种新能源的来源，受到世界各国的重视。波浪能利用的装置种类繁多，关于波能转换装置的发明专利成百上千。
在上述背景下，波浪能的开发利用正日益受到关注，经过20世纪70年代对多种波浪能装置的试验和研究到80年代的海况试验及应用示范研究，国内外很多学者相继提出了很多不同种类的波能转换装置，波浪发电技术已逐步接近实用化水平。波能发电的关键技术是中间的转换装置，目前研究最多、应用最广的四种装置为：振荡水柱式波能装置、摆式波能装置、聚波水库波能装置、振荡浮子式波能转换装置。
振荡水柱式波能装置是以空气作为转换的介质，其一级能量转换机构为气室，二级能量转换机构为空气透平。振荡水柱波能装置的优点是转动机构不与海水接触，防腐性能好，安全可靠，维护方便。其缺点是二级能量转换效率较低。现有振荡水柱式波能收集转换装置多用于航标灯等微型电力设备的供电，输出功率较小；近岸振荡水柱式波能收集转换装置对海岸地形要求较高。
摆式波能装置是通过摆体在波浪力的作用下发生的前后或上下摆动，将波浪能转换为摆轴的动能。摆式装置的转化效率高，但机械和液压机构的维护较为困难。其另一优点是可以方便地与相位控制技术相结合。相位控制技术可以使波能装置吸收到装置迎波宽度以外的波浪能，从而大大提高装置的转换效率。
聚波理论最早由挪威特隆姆大学的Falnes和Budal提出。聚波水库装置利用喇叭型的收缩波道，作为一级能量转换机构。波道与海连通的一面开口宽，然后逐渐收缩通至贮水库。其优点是一级转换没有活动部件，可靠性好，维护费用低，系统出力稳定，几乎不受波高和周期的影响。不足之处是电站建造对地形有要求，不易推广。
振荡浮子式波能装置是在振荡水柱式装置的基础上发展起来的波能发电装置。其优点相当明显，不仅转换效率较高，而且减少了水下施工，建造容易，成本低廉。
综上所述，目前所知的波能转换装置不能兼顾高效和高可靠度、高波能转换效率等问题。因此，对于波浪能的开发来说，高效转换技术仍是研究的难点和重点，由于波浪的不稳定性导致其转换装置经常处于非设计工况，因此提高波能转换率，降低波能发电成本始终是波能研究领域的主要目标。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种嵌套浮摆式波浪发电装置，该装置集高效率与高可靠性为一体，并且成本低廉，能够适应不同的地形和海况条件。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种嵌套浮摆式波浪发电装置，包括内浮子和外浮子；
所述外浮子包括封闭防水层和置于所述封闭防水层外部的封闭外浮子壳体，所述封闭外浮子壳体和所述封闭防水层之间形成第一腔室，所述第一腔室在所述外浮子中心处的横截面为圆环形，所述第一腔室内固定有多个均布的磁铁和配重A，将所述第一腔室沿其中心处的横截面周向分为2N等份，N为自然数，每一等份腔室内的磁铁的磁极方向相同，相邻等份腔室内的磁铁的磁极方向相反；
所述内浮子包括封闭内浮子壳体，所述内浮子壳体内固定有依据发电机线圈缠绕方法缠绕的电子线圈和配重B，所述电子线圈和所述配重B形成中空结构；
所述封闭内浮子壳体置于所述封闭防水层内部；
所述封闭内浮子壳体和所述封闭防水层之间形成第二腔室，所述第二腔室内有内置水体，所述内置水体上浮有所述内浮子；
所述内浮子壳体与所述封闭防水层之间通过限位系缆连接；
所述封闭外浮子壳体通过锚链与海底基岩连接；
所述电子线圈上连接有输出导线，所述输出导线延伸至所述外浮子的外部。
所述封闭防水层是由柔性材料制成的。
所述封闭外浮子壳体和所述封闭内浮子壳体的外表面均为球形。
所述封闭外浮子壳体和所述封闭内浮子壳体的外表面均为柱形。
多个所述磁铁通过夹设在所述第一腔室内的橡胶体固定。
所述封闭防水层是由橡胶制成的。
本发明具有的优点和积极效果是：
1)采用嵌套浮摆式结构，构思巧妙，结构新颖，建筑难度和成本较低。
2)嵌套浮摆式结构能够更有效地利用波浪能的不确定性和随机性，且不需要其他中间的能量转换装置，有效提高了波浪能的利用率。无论内外双浮子在波浪的作用下作前后或上下摆动，都可以将波浪能直接转换为电能。
3)内浮子结构的设计，不仅有效利用了外浮子内部空腔，而且在内置水体作用下与外浮子做相对运动，提高了机械能转换为电能的效率。
综上所述，本发明通过利用波浪运动产生的能量，借助于嵌套式浮子的前后摆动或上下浮动，使得通过电子线圈的磁通量发生变化，进而产生电流，从而使得大规模开发利用海洋波浪能成为可能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明采用球式结构的示意图；
图3为本发明采用柱式结构的示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
实施例1：
请参阅图1～图2，一种球式结构的嵌套浮摆式波浪发电装置，包括外浮子球和内浮子球。其中外浮子球包括封闭外浮子球壳体1、橡胶体2、多个磁铁3、配重A4和封闭防水橡胶层5，封闭防水橡胶层5形成内部空腔，所述封闭外浮球壳体和所述封闭防水层之间形成第一腔室，所述第一腔室内固定有多个均布的磁铁3和配重A4，外浮子球壳体1通过锚链11与海底基岩12相连，外浮子球壳体内部是按序分布的磁铁3，磁铁3分布于橡胶2形成的空隙中，由防水橡胶层5保护不被内置于外浮子球空腔内的内置水体6破坏。所述内浮子球包括内浮子球壳7、电子线圈8、配重B13构成，其中内浮子球壳体7浮于内置水体6表面，由限位系缆9系于外浮子球的封闭防水橡胶层5上，电子线圈8依据发电机线圈双层碟式缠绕方法缠绕于内浮子球壳体7内部并形成内部空腔，产生电流后通过输出导线10穿过配重B13输出。
本实施例的工作原理：
在波浪的推动下，内外两个浮摆球作前后或上下摆动，通过内外两个浮摆球将波浪能转换成驱动磁铁3磁场变化和电子线圈8运动的往复机械能。基于电磁感应定律和电磁力定律，当通过电子线圈的磁通量发生变化，就会产生电流。磁铁3的布设遵循以下规律：将所述第一腔室沿其中心处的横截面周向分为2N等份，N为自然数，每一等份腔室内的磁铁的磁极方向相同，相邻等份腔室内的磁铁的磁极方向相反；例如第一、第三部分磁铁N极指向圆心，第二、第四部分磁铁S极指向圆心。限位系缆9的数量可以根据装置实际材质和重量确定。双浮摆球式结构能够更有效地利用波浪能的不确定性和随机性，且不需要其他中间的能量转换装置，有效提高了波浪能的利用率。无论内外双浮摆球在波浪的作用下作前后或上下摆动，都可以将波浪能直接转换为电能。另外，鉴于海面自然条件及本发明的物理结构性质，为了让本发明更具实用性和推广性，提出“嵌套浮摆式波浪发电装置群”的概念，即：应根据实际的海洋波浪场情况，设计不同的嵌套浮摆式波浪发电装置的安装尺寸大小和数量，对提高波能收集率和转换率都大有裨益。
如上所述，便可较好地实现本发明。
实施例2：
请参阅图1和图3，与实施例1不同仅在于：封闭外浮子壳体和封闭内浮子壳体的外表面均为柱形。图3的横截面与图2通过封闭外浮子球壳体中心的截面结构相同，如图1所示。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种嵌套浮摆式波浪发电装置，其特征在于，包括内浮子和外浮子；
所述外浮子包括封闭防水层和置于所述封闭防水层外部的封闭外浮子壳体，所述封闭外浮子壳体和所述封闭防水层之间形成第一腔室，所述第一腔室在所述外浮子中心处的横截面为圆环形，所述第一腔室内固定有多个均布的磁铁和配重A，将所述第一腔室沿其中心处的横截面周向分为2N等份，N为自然数，每一等份腔室内的磁铁的磁极方向相同，相邻等份腔室内的磁铁的磁极方向相反；
所述内浮子包括封闭内浮子壳体，所述内浮子壳体内固定有依据发电机线圈缠绕方法缠绕的电子线圈和配重B，所述电子线圈和所述配重B形成中空结构；
所述封闭内浮子壳体置于所述封闭防水层内部；
所述封闭内浮子壳体和所述封闭防水层之间形成第二腔室，所述第二腔室内有内置水体，所述内置水体上浮有所述内浮子；
所述内浮子壳体与所述封闭防水层之间通过限位系缆连接；
所述封闭外浮子壳体通过锚链与海底基岩连接；
所述电子线圈上连接有输出导线，所述输出导线延伸至所述外浮子的外部。
2.根据权利要求1所述的嵌套浮摆式波浪发电装置，其特征在于，所述封闭防水层是由柔性材料制成的。
3.根据权利要求1所述的嵌套浮摆式波浪发电装置，其特征在于，所述封闭外浮子壳体和所述封闭内浮子壳体的外表面均为球形。
4.根据权利要求1所述的嵌套浮摆式波浪发电装置，其特征在于，所述封闭外浮子壳体和所述封闭内浮子壳体的外表面均为柱形。
5.根据权利要求1所述的嵌套浮摆式波浪发电装置，其特征在于，多个所述磁铁通过夹设在所述第一腔室内的橡胶体固定。
6.根据权利要求2所述的嵌套浮摆式波浪发电装置，其特征在于，所述封闭防水层是由橡胶制成的。
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