CN102384013A

CN102384013A - 漂浮式水浪能量采集转换系统

Info

Publication number: CN102384013A
Application number: CN2011102135211A
Authority: CN
Inventors: 董万章; 王桂林
Original assignee: 董万章; 王桂林
Current assignee: SHENZHEN ROMER ENVIRONMENT TREATMENT CO., LTD.
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2031-07-28
Also published as: US20140248151A1; CA2842712A1; AU2012289440A1; AU2012101908A4; WO2013013534A1; CN102384013B

Abstract

本发明提供一种漂浮式水浪能量采集转换系统，其包括至少两个以串联的方式漂浮在水面上，且彼此间活动连接的浮台，所述活动连接方式可以是铰接，所述浮台上设有动力传递装置和能量转换装置，相邻浮台动力传递装置和能量转换装置彼此活动连接，相互间可以作相对运动，随着水浪的波动，相邻的两个浮台以铰链轴为中心作相对转动，带动浮台上的动力传递装置和能量转换装置作相对运动，从而实现能量的转化。能量转换装置为直线式发电机、齿条和齿轮驱动的旋转式发电机、液压油缸、气压缸、水压缸。本发明能够有效地利用水浪的能量，并且结构简单、使用成本低、便于推广应用。

Description

漂浮式水浪能量采集转换系统

技术领域

本发明涉及水浪能源技术领域，特别涉及一种漂浮式水浪能量采集转换系统。

背景技术

水浪，亦称为水波或波浪，是河流、湖泊、海洋等水体受风力或温差等自然因素的影响而形成的一种机械波。水浪，尤其是海浪，蕴含着巨大的能量，是极为重要的能源资源。水浪所蕴含的能量亦称为水浪能，与石油、煤炭、天然气这三大传统能源资源相比，水浪能具有储量大、无污染、可永续利用的优点。然而，水浪能也具有密度低(单位面积或单位体积所蕴含的能量少)、不稳定的缺点，而密度低、不稳定则进一步导致水浪能难以得到充分利用。

近年来，随着传统能源资源供求关系的紧张和人类环保意识的觉醒，人们越来越关注水浪能的利用问题。为数不少的发明人在水浪能的利用方面进行了积极的探索，提出了多种多样的技术方案。从已公开的技术文献看，目前，人们在水浪能的利用方面所提出的技术方案主要是利用海浪发电，亦即将海浪能转化为电能，而基本的转化形式则包括以下三类：

其一，利用海浪波动所产生的冲力压缩装置内的空气，再用压缩空气驱动叶轮，由叶轮带动发电装置发电；

其二，直接利用海浪波动所产生的冲力驱动发电装置发电；

其三，将海浪转化为水流，由水流驱动发电装置发电。

上述三类技术方案各具特色，总的说来，直接利用海浪波动所产生的冲力驱动发电装置发电的技术方案因减少了能量转化的环节，在技术上更合理一些。然而，现有的直接利用海浪波动所产生的冲力驱动发电装置发电的技术方案也有其不足，而主要的不足在于，现有技术所利用的是“点能量”。所谓“点能量”，是指直接作用于发电装置的水体面积与发电装置中接受动力的装置的尺寸大体相当，人们将以这种方式传递的能量，形象地称之为“点能量”。由于水浪能(包括海浪能)具有密度低的缺点，因此，现有的这种以“点能量”的方式实现海浪发电的技术方案具有较大的局限性。

总的说来，水浪能的密度低，是制约水浪能源技术产业化应用的一个瓶颈，也是多年来现有技术希望解决而未能完全解决的问题。至于水浪能不稳定的缺点，现有技术已经有了相对成熟的解决办法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种漂浮式水浪能量采集转换系统突破水浪能的密度低这一制约水浪能源技术推广、应用的瓶颈，从而大幅度地提升水浪能的产业化利用水平。

为了解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种漂浮式水浪能量采集转换系统，其包括至少两个以串联的方式漂浮在水面上，且彼此间活动连接的浮台，所述浮台上设有动力传递装置和能量转换装置，相邻浮台之间的动力传递装置与能量转换装置活动连接，在水浪的作用下，相邻浮台作相对运动，带动浮台上的动力传递装置与相邻浮台上的能量转换装置作相对运动，使得能量转换装置进行能量转换。

上述技术方案的能量转换原理是：风力等自然力与水面作用产生水浪。水浪的波动推动漂浮在水面上的浮台运动，由于水浪的传播有一个过程，因此，相邻浮台的运动是不同步的，而这种不同步会导致浮台相对运动。相邻浮台的这种相对运动通常表现为不同步的上下运动或以连接处为中心的相对转动。相邻浮台的这种相对运动会带动分别位于相邻浮台，且彼此活动连接的动力传递装置和能量转换装置作相对运动。这一过程实质上就是把“面能量”——整个浮台所获得的机械能传递到了能量转换装置(例如，但不限于直线式发电机)这个“点”上，从而解决了水浪能的密度低的缺点。事实上，通过“面能量”来实现水浪能的转换，也是本发明区别于现有技术的最本质的特征之一。

基于“面能量”的转换利用这一总的发明构思，本发明还提出另一种技术方案来解决本发明要解决的技术问题，该技术方案如下：

一种漂浮式水浪能量采集转换系统，其包括至少两个以串联的方式漂浮在水面上，且彼此间活动连接的浮台，所述浮台上设有固定座，能量转换装置跨接在相邻的两个浮台上的固定座上，在水浪的作用下，相邻浮台作相对运动，使得能量转换装置进行能量转换。该技术方案的特点在于，能量转换装置直接在相邻的两个浮台的相对运动的作用下，实现能量的转换。

在上述技术方案的基础上，本发明进一步采用下述技术方案来解决本发明所要解决的技术问题：

所述能量转换装置包括活动部件和固定部件，相邻浮台作相对运动时，活动部件和固定部件作相对运动。

进一步地，所述浮台相邻的端面上设有铰链座，相邻的两个浮台通过铰链座铰接，随着水浪的波动，相邻的两个浮台以铰链轴为中心线做相对转动运动。

进一步地，所述动力传递装置为杆状、板状或筒状，能量转换装置为筒状或立方体或球形体，动力传递装置与能量转换装置的连接方式为套接、插接、齿条连接、齿轮连接或焊接。

进一步地，所述铰链座包括带有圆孔的筋板，圆孔中穿有销轴。

进一步地，所述销轴上设有轴套。

进一步地，所述销轴上设有陶瓷轴承，轴承上设有密封件。

进一步地，所述能量转换装置的一端活动连接在一个浮台铰链座的支架上，所述能量转换装置的另一端与固定在另外一个浮台上的固定座活动连接。

进一步地，铰链座支架上的圆孔的圆心与铰链座上圆孔的圆心径向同轴。

进一步地，在所述的每一个浮台上至少设置一个能量转换装置。

进一步地，在所述的每一个浮台上至少设置一个动力传递装置。

进一步地，所述动力传递装置和能量转换装置设置在浮台的上表面、浮台的下表面、浮台的侧面或者浮台的内部。

进一步地，对于未设置动力传递装置的漂浮式水浪能量采集转换系统来说，所述能量转换装置设置在浮台的上表面、浮台的下表面、浮台的侧面或者浮台的内部。

进一步地，浮台水平截面的形状为方形、圆形、椭圆形、三角形或多边形。

进一步地，以浮台连接处的水平方向为中心线，每个浮台转动的角度在逆时针80°到顺时针80°之间。

进一步地，所述能量转换装置为直线式发电机、齿条和齿轮驱动的旋转式发电机、液压油缸、气压缸、水压缸。

进一步地，所述浮台的面积在0.01-1000平方米之间。

这里需要对所述浮台的面积作一点说明。浮台是一个将“面能量”转化为“点能量”的装置，要使本发明中的能量转换装置获得足够多的能量，浮台的面积应足够大。但是，在浮台的面积过大的情况下，浮台较为平稳，难以有效的实现能量的有效转换。另外，浮台的大小也与水体的大小有关。例如，在小溪中，浮台的面积达到0.01平方米即可取得较为理想的技术效果，而在大海中，浮台的面积可设置的很大。从我们实验的情况看，根据不同水体的大小和风力的强弱等因素，将浮台的面积控制在0.01-1000平方米之间较为理想。

进一步地，所述浮台的水平截面的形状为方形或椭圆形时，所述浮台的长宽比在30到1的范围内。将所述浮台的长宽比在30到1的范围内，是为了保持浮台的稳定性。

进一步地，所述动力传递装置包括动力传动杆和动力转向器，所述动力传动杆的一端与固定在一个浮台上的固定座活动连接，所述动力传动杆的另一端与所述动力转向器的一端活动连接，所述动力转向器的另一端与相邻浮台上的能量转换装置活动连接。

基于“面能量”的转换利用这一总的发明构思，本发明还分别提出了以下两种技术方案来解决上述技术问题：

一种漂浮式水浪能量采集转换系统，其包括至少两个以串联的方式漂浮在水面上的浮台，所述浮台相邻的端面上设有铰链座，相邻的两个浮台通过铰链座铰接，能量转换装置的外壳固定在一个浮台上，能量转换装置中的中心轴固定在铰链座上的用于铰链接的销轴上，所述销轴固定在相邻的另一个浮台上，在水浪的作用下，相邻两个浮台作相对转动，带动能量转换装置的外壳与能量转换装置中的中心轴作相对转动，从而实现能量转换。

一种漂浮式水浪能量采集转换系统，其包括至少两个以串联的方式漂浮在水面上的浮台，所述浮台相邻的端面上设有铰链座，相邻的两个浮台通过铰链座铰接，在水浪的作用下，相邻两个浮台作相对转动，带动固定在一个浮台上的铰链销轴相对另一个浮台转动，使得设置在铰链销轴上的大齿轮转动，再带动设置于另一个浮台上的能量转换装置上的小齿轮转动，带动能量转换装置进行能量转换。

为保持漂浮式水浪能量采集转换系统的稳定性，特别是为了提高所述漂浮式水浪能量采集转换系统采集能量的效率，本发明进一步地采取了下述技术方案：使位于所述漂浮式水浪能量采集转换系统两端的两个浮台分别与固定在水体底部的固定装置柔性连接。

本发明具有以下有益效果：

1、能够在产业规模上有效地利用水浪的能量。相对与能量转换装置来说，浮台的面积大，能够充分地获得水浪的动能。因此，本发明能够在产业规模上有效地利用水浪的能量。

2、保护环境。水浪能量的有效利用，有助于减少煤炭、石油、天然气等其他对环境有消极影响的能源的消耗，因此，本发明具有保护环境的作用。

3、本发明漂浮式水浪能量采集转换系统的结构简单，特别是其中的能量转换装置可以采用现有技术中的直线式发电机、齿条和齿轮驱动的旋转式发电机、液压油缸、气压缸、水压缸，因此，本发明还具有使用成本低、便于推广应用的优点。

附图说明

图1是本发明的实施例一的结构示意图；

图2是本发明的实施例二的结构示意图；

图3是本发明的实施例三的结构示意图；

图4是本发明的实施例四的结构示意图；

图5是本发明的实施例五的结构示意图；

图6是本发明的实施例六的结构示意图；

图7是本发明的实施例七的结构示意图；

图8A-8B是本发明的实施例八的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

如图1所所示，一种漂浮式水浪能量采集转换系统，其包括2个漂浮在水面上，且彼此间通过铰链座108活动连接的浮台101和浮台102，浮台102上设有能量转换装置103，浮台101设有动力传递装置，所述动力传递装置包括动力传动杆104和动力转向器105，动力传动杆104的一端与固定在一个浮台上的固定座106活动连接，动力传动杆104的另一端与动力转向器105的一端活动连接，动力转向器105的另一端与相邻浮台上的能量转换装置103活动连接，能量转换装置103与固定在浮台102上的固定座107活动连接。

浮台101和浮台102随着水浪的波动围绕铰链座108的轴——亦即铰链轴——作相对转动，并通过动力传动杆104带动动力转向器105与能量转换装置103作往复式相对运动。在本实施例中，能量转换装置103可以是直线式发电机，当动力转向器105与能量转换装置103作往复式相对运动时，即可将机械能转化为电能。

为保持漂浮式水浪能量采集转换系统的稳定性，特别是为了提高所述漂浮式水浪能量采集转换系统采集能量的效率，位于所述漂浮式水浪能量采集转换系统两端的两个浮台分别与固定在水体底部的固定装置柔性连接。

在本实施例中，漂浮在水面上，且彼此间通过铰链座活动连接的浮台可以是多个。

实施例二

如图2所示，一种漂浮式水浪能量采集转换系统，其包括4个以串联的方式漂浮在水面上，且彼此间活动连接的浮台201、浮台202、浮台203和浮台204，浮台201和浮台202通过铰链座205铰接，浮台202和浮台203通过铰链座206铰接，浮台203和浮台204通过铰链座207铰接；浮台201、浮台202、浮台203和浮台204上分别设有固定台208、固定座209、固定座210和固定座211；能量转换装置212跨接在固定座208和固定座209之间，能量转换装置213跨接在固定座209和固定座210之间，能量转换装置214跨接在固定座210和固定座211之间。浮台201、浮台202、浮台203，浮台204在水浪的作用下，分别围绕铰链座205、铰链座206、铰链座207中的铰链轴作相对转动，从而分别对能量转换装置212、能量转换装置213和能量转换装置214产生挤压和拉伸两种作用力，能量转换装置212、能量转换装置213和能量转换装置214在这两种作用力的作用下，实现能量的转换。一般说来，要使能量转换装置在挤压和拉伸两种作用力的作用下实现能量的转换，需要在其内部设置可以做相对运动的部件。

实施例三

如图3所示，一种漂浮式水浪能量采集转换系统，其包括4个以串联的方式漂浮在水面上，且彼此间活动连接的浮台301、浮台302、浮台303和浮台304，浮台301和浮台302通过铰链座305铰接，浮台302和浮台303通过铰链座306铰接，浮台303和浮台304通过铰链座307铰接；

能量转换装置308、能量转换装置309、能量转换装置310的一端分别与固定在浮台302、浮台303和浮台304上的固定座311、固定座312、固定座313活动连接；能量转换装置308、能量转换装置309、能量转换装置310的另一端分别与固定在铰链座305上的铰链座支架314、固定在铰链座306上的铰链座支架315、固定在铰链座307上的铰链座支架316活动连接。

浮台301、浮台302、浮台303和浮台304在水浪的作用下，分别围绕铰链座305、铰链座306、铰链座307作相对转动，分别对能量转换装置308、能量转换装置309、能量转换装置310产生挤压和拉伸两种作用力，从而实现能量的转换。

实施例四

如图4所示，一种漂浮式水浪能量转化系统，其包括3个以串联的方式漂浮在水面上，且彼此间活动连接的浮台401、浮台402和浮台403；浮台401和浮台402通过铰链座404铰接，浮台402和浮台403通过铰链座405铰接；浮台401、浮台402和浮台403上分别设有凸台406、凸台407、凸台408；能量转换装置409的一端与固定在凸台406侧面上的固定座411活动连接，能量转换装置409的另一端与动力转向器415的一端活动连接，转向器415的另一端与动力传动杆414的一端活动连接，动力传动杆414的另一端与固定在浮台402的侧面上的固定座417活动连接；能量转换装置410的一端与固定在凸台407侧面上的固定座412活动连接，能量转换装置410的另一端与动力传动杆413的一端活动连接，动力传动杆413的另一端与固定在浮台403侧面上的固定座418活动连接。

本实施例的工作原理与实施例一相同，在此，不再赘述。

实施例五

如图5所示，一种漂浮式水浪能量采集转换系统，其包括3个以串联的方式漂浮在水面上，且彼此间活动连接的浮台501、浮台502和浮台503；浮台501和浮台502通过铰链座504铰接，浮台502和浮台503通过铰链座505铰接；能量转换装置506的一端与固定在浮台501侧面上的固定座508活动连接，能量转换装置506的另一端与固定在浮台502侧面上的固定座509活动连接；能量转换装置507的一端与固定在浮台502侧面上的固定座510活动连接，能量转换装置507的另一端与固定在浮台503侧面上的固定座511活动连接。本实施例的工作原理与实施例二相同，在此，不再赘述。

实施例六

如图6所示，一种漂浮式水浪能量采集转换系统，其包括4个以串联的方式漂浮在水面上，且彼此间活动连接的浮台601、浮台602、浮台603和浮台604，在上述浮台相邻的端面上分别设有铰链座605、铰链座606、铰链座607，相邻的两个浮台通过铰链座铰接，能量转换装置608、能量转换装置609、能量转换装置610的外壳分别固定在浮台602、浮台603和浮台604的一个端面上，能量转换装置608、能量转换装置609、能量转换装置610的中心轴分别固定在铰链座上的用于铰链接的销轴611、销轴612、销轴613上，销轴611固定在浮台601上，销轴612固定在浮台602上，销轴613固定在浮台603上，在水浪的作用下，相邻两个浮台作相对转动，带动能量转换装置的外壳与能量转换装置中的中心轴作相对转动，从而进行能量转换。

实施例七

如图7所示，一种漂浮式水浪能量采集转换系统，其包括4个以串联的方式漂浮在水面上，且彼此间活动连接的浮台701、浮台702、浮台703和浮台704，浮台701和浮台702通过铰链座705铰接，浮台702和浮台703通过铰链座706铰接，浮台703和浮台704通过铰链座707铰接；

浮台701和浮台703的顶面上分别设有固定座708和固定座710，浮台702和浮台704的底面上分别设有固定座709和固定台711；能量转换装置712跨接在固定座708和固定座709之间，能量转换装置713跨接在固定座709和固定座710之间，能量转换装置714跨接在固定台710和固定座711之间。本实施例的工作原理与实施例二相同，在此，不再赘述。

实施例八

如图8A、图8B所示，一种漂浮式水浪能量采集转换系统，其包括两个以串联的方式漂浮在水面上的浮台801和浮台802，浮台801和浮台802相邻的端面上设有铰链座，浮台801和浮台802通过所述铰链座铰接，在水浪的作用下，浮台801和浮台802作相对转动，带动固定在浮台802上的铰链销轴相对浮台801转动，使得设置在铰链销轴上的大齿轮803转动，大齿轮803再带动设置于另一个浮台上的能量转换装置上的小齿轮804转动，小齿轮804带动能量转换装置805(例如发电机)进行能量转换。

以上介绍了本发明的具体实施方式，本领域的技术人员应当理解，本发明不受上述具体实施方式的限制；本发明还包括多种变型的实施方式，例如，本发明中的动力传递装置和能量转换装置可以设置在浮台的上表面、浮台的下表面、浮台的侧面或者浮台的内部，又如，浮台的形状还可以设置为长方形、球形、圆柱体等，再如，本发明漂浮式水浪能量采集转换系统中的浮台的数量可以根据实际需要确定，通常可达数十、数百、甚至更多。总之，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种漂浮式水浪能量采集转换系统，其特征在于：包括至少两个以串联的方式漂浮在水面上，且彼此间活动连接的浮台，所述浮台上设有动力传递装置和能量转换装置，相邻浮台之间的动力传递装置与能量转换装置活动连接，在水浪的作用下，相邻浮台作相对运动，带动浮台上的动力传递装置与相邻浮台上的能量转换装置作相对运动，使得能量转换装置进行能量转换。

2.一种漂浮式水浪能量采集转换系统，其特征在于：包括至少两个以串联的方式漂浮在水面上，且彼此间活动连接的浮台，所述浮台上设有固定座，能量转换装置跨接在相邻的两个浮台上的固定座上，在水浪的作用下，相邻浮台作相对运动，使得能量转换装置进行能量转换。

3.如权利要求1或2所述的漂浮式水浪能量采集转换系统，其特征在于：能量转换装置包括活动部件和固定部件，相邻浮台作相对运动时，活动部件和固定部件作相对运动；所述浮台相邻的端面上设有铰链座，相邻的两个浮台通过铰链座铰接，随着水浪的波动，相邻的两个浮台以铰链轴为中心线做相对转动运动；在所述的每一个浮台上至少设置一个能量转换装置；动力传递装置和能量转换装置设置在浮台的上表面、浮台的下表面、浮台的侧面或者浮台的内部；浮台水平截面的形状为方形、圆形、椭圆形、三角形或多边形；所述能量转换装置为直线式发电机、齿条和齿轮驱动的旋转式发电机、液压油缸、气压缸、水压缸；所述浮台的面积在0.01-1000平方米之间。

4.如权利要求1所述漂浮式水浪能量采集转换系统，其特征在于：所述动力传递装置为杆状、板状或筒状，能量转换装置为筒状或立方体或球形体，动力传递装置与能量转换装置的连接方式为套接、插接、齿条连接、齿轮连接或焊接；在所述的每一个浮台上至少设置一个动力传递装置。

5.如权利要求3所述的漂浮式水浪能量采集转换系统，其特征在于：所述铰链座包括带有圆孔的筋板，圆孔中穿有销轴；所述销轴上设有轴套；或者所述销轴上设有陶瓷轴承，轴承上设有密封件；所述能量转换装置的一端活动连接在一个浮台铰链座的支架上，所述能量转换装置的另一端与固定在另外一个浮台上的固定座活动连接；所述铰链座支架上的圆孔的圆心与铰链座上圆孔的圆心径向同轴；以浮台连接处的水平方向为中心线，每个浮台转动的角度在逆时针80°到顺时针80°之间；所述浮台的水平截面的形状为方形或椭圆形时，所述浮台的长宽比在30到1的范围内。

6.如权利要求2所述的漂浮式水浪能量采集转换系统，其特征在于：所述能量转换装置为筒状、立方体或球形体；所述能量转换装置设置在浮台的上表面、浮台的下表面、浮台的侧面或者浮台的内部。

7.如权利要求1所述的漂浮式水浪能量采集转换系统，其特征在于：所述动力传递装置包括动力传动杆和动力转向器，所述动力传动杆的一端与固定在一个浮台上的固定座活动连接，所述动力传动杆的另一端与所述动力转向器的一端活动连接，所述动力转向器的另一端与相邻浮台上的能量转换装置活动连接，使得能量转换装置进行能量转换。

8.一种漂浮式水浪能量采集转换系统，其特征在于：包括至少两个以串联的方式漂浮在水面上的浮台，所述浮台相邻的端面上设有铰链座，相邻的两个浮台通过铰链座铰接，能量转换装置的外壳固定在一个浮台上，能量转换装置中的中心轴固定在铰链座上的用于铰链接的销轴上，所述销轴固定在相邻的另一个浮台上，在水浪的作用下，相邻两个浮台作相对运动，带动能量转换装置的外壳与能量转换装置中的中心轴作相对转动，使得能量转换装置进行能量转换。

9.一种漂浮式水浪能量采集转换系统，其特征在于：包括至少两个以串联的方式漂浮在水面上的浮台，所述浮台相邻的端面上设有铰链座，相邻的两个浮台通过铰链座铰接，在水浪的作用下，相邻两个浮台作相对转动，带动固定在一个浮台上的铰链销轴相对另一个浮台转动，使得设置在铰链销轴上的大齿轮转动，再带动设置于另一个浮台上的能量转换装置上的小齿轮转动，使得能量转换装置进行能量转换。

10.如权利要求1、2、4、7-9任一项所述的漂浮式水浪能量采集转换系统，其特征在于：位于漂浮式水浪能量采集转换系统两端的两个浮台分别与固定在水体底部的固定装置柔性连接。