CN103573534A - 立式海洋能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种立式海洋能发电装置，包括框架、浮筒平台、至少三个水轮机和至少三个发电模组。浮筒平台设置于框架的一侧。至少三个水轮机平行设置于框架内，水轮机的轴线方向垂直于水平面。至少三个发电模组分别与三个水轮机机械连接且设置于浮筒平台背对水轮机的一侧，当水流流向水轮机，水轮机转动以驱动发电模组发电。本发明提供的立式海洋能发电装置能有效地利用海洋能进行发电。设备简单，易于维护，且能有效地投入大规模生产。

Description

立式海洋能发电装置

技术领域

本发明属于可再生能源发电领域，尤其涉及一种立式海洋能发电装置。

背景技术

海洋能（包含潮流能、海浪能、洋流能）是指海水流动的机械能，作为可再生能源，储量丰富，分布广泛，具有极好的开发前景和价值。海洋能的利用方式主要是发电，其工作原理与风力发电和常规水力发电类似，即通过能量转换装置，将海水的机械能转换成电能。具体而言，首先海水冲击水轮机，水轮机将水流的能量转换为旋转的机械能，然后水轮机经过机械传动系统带动发电机发电，最终转换成电能。

现今能源日益短缺，温室效应日益严重，能源需要低碳化，所以风能，海洋能（包含潮汐能、潮流能、海浪能、洋流能）等清洁能源是未来能源的发展方向。但现在这些清洁能源的发电设备，除了风能利用比较成熟外，海洋能的利用还都是在起步阶段，没有通用和成熟的设备，效率低下，设备不能大规模化。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种有效地利用海洋能进行发电的立式海洋能发电装置。

为实现上述目的，本发明提供一种立式海洋能发电装置，包括框架、浮筒平台、至少三个水轮机和至少三个发电模组。浮筒平台设置于框架的一侧。至少三个水轮机平行设置于框架内，水轮机的轴线方向垂直于水平面。至少三个发电模组分别与三个水轮机机械连接且设置于浮筒平台背对水轮机的一侧，当水流流向水轮机，水轮机转动以驱动发电模组发电。

根据本发明的一实施例，立式海洋能发电装置还包括至少三个导水模块，每个导水模块包括导水板、旋转轴和两个阻挡轴，旋转轴可转动地设置于框架，导水板通过旋转轴铰接于框架，两个阻挡轴设置于框架且分别位于旋转轴的两侧，旋转轴和两个阻挡轴的轴线方向平行于水轮机的轴线方向，当水流沿一水流方向流向水轮机，导水板绕旋转轴旋转，导水板的远离旋转轴的一端抵靠在其中一个阻挡轴上，导水板与水流方向形成夹角以将水流导向水轮机的转动方向。

根据本发明的一实施例，导水模块的数量为水轮机数量的两倍，每两个导水模块对应于一个水轮机且分别设置于水轮机沿水流方向的上游和下游。

根据本发明的一实施例，立式海洋能发电装置还包括两个限流板，两个限流板相对设置于框架的两侧，限流板平行于水流方向。

根据本发明的一实施例，立式海洋能发电装置还包括三个限流板，其中两个限流板相对设置于框架的两侧，另一个限流板平行于浮筒平台设置于框架的另一侧，三个限流板均平行于水流方向。

根据本发明的一实施例，立式海洋能发电装置还包括拉环和拉索，拉环设于框架上，拉索的一端设于拉环上。

根据本发明的一实施例，水轮机包括至少两个环形轮盘、中心轴和多个叶片。中心轴设置于环形轮盘的中心，中心轴的轴线方向垂直于环形轮盘的径向方向，中心轴的一端机械连接发电模组。多个叶片环绕设于环形轮盘上，两个环形轮盘位于这些叶片的两端。

根据本发明的一实施例，每个水轮机对应连接有两个发电模组，每个水轮机包括一个主动齿轮，每个发电模组包括一个从动齿轮，主动齿轮的齿轮轴孔卡合于中心轴的所述端，两个从动齿轮分别啮合于主动齿轮的相对两侧。

根据本发明的一实施例，中心轴为空心轴。

根据本发明的一实施例，水轮机的数量为偶数个，且相邻两个水轮机呈轴对称设置以使相邻两个水轮机的转动方向相反。

综上所述，本发明提供的立式海洋能发电装置能有效地利用海洋能进行发电。设备简单，易于维护，且能有效地投入大规模生产。本发明采用至少三个呈阵列式分布的水轮机。通过这种设置，每个水轮机无需太大，在保证发电功率甚至提高发电功率的前提下，有效地降低了水轮机的制造成本且延长水轮机的使用寿命。

另外，通过设置导水模块对水流进行导向，增大水流对水轮机的冲击力，加大了水轮机的转动，大幅度提高了提高发电模组的发电效率。并且，通过设置限流板，在保护水轮机不受海底垃圾损害的同时，也避免了其它方向水流对水轮机的干扰，从而提高发电模组的发电效率。再者，通过设置拉环和拉索，使得立式海洋能发电装置能在水中有效固定，便于维修检查。

同时，通过将水轮机数量设为偶数个，且相邻两个水轮机呈轴对称设置有效地提高水流的聚集和疏散，提升水流速度，从而加快水轮机的转动以提高发电模组的发电效率。通过将水轮机的中心轴设为空心，使得水轮机可利用中心轴的自身浮力以减少水轮机和框架的摩擦力，有效地提高了工作效率。

另外，通过将每个水轮机对应连接两个或者以上的发电模组，大幅度提高了发电功率。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1所示为根据本发明的一实施例的立式海洋能发电装置的俯视图。

图2为图1的局部放大示意图。

图3所示为图1中框架和水轮机的正视图。

图4为图3的局部放大示意图。

图5所示为图1中框架和导水板的正视图。

图6所示为根据本发明的另一实施例的立式海洋能发电装置中发电模组和水轮机的俯视图。

图7为图6的正视图。

具体实施方式

图1所示为根据本发明的一实施例的立式海洋能发电装置的俯视图。图2为图1的局部放大示意图。图3所示为图1中框架和水轮机的正视图。图4为图3的局部放大示意图。图5所示为图1中框架和导水板的正视图。请一并参考图1至图5。

立式海洋能发电装置包括框架1、浮筒平台2、至少三个水轮机3和至少三个发电模组4。浮筒平台2设置于框架1的一侧。至少三个水轮机3平行设置于框架1内，水轮机3的轴线方向A垂直于水平面P。至少三个发电模组4分别与三个水轮机3机械连接且设置于浮筒平台2背对水轮机3的一侧，当水流流向水轮机3，水轮机3转动以驱动发电模组4发电。

于本实施例中，框架1的上半部分由空心钢管焊接而成。因此框架1重量轻，结构简单，易于加工制造，安装、调节，且拆换方便，适合工程应用。同时框架1可以给整个拦网式立式海洋能发电装置提供浮力。另外，框架1的下半部分可采用工字钢，确保框架1的重心在下部，以保障框架1整体的平稳性。

于本实施例中，浮筒平台2可由固体浮力材料制得，主要作用是给整个立式海洋能发电装置提供浮力。使得发电模组4浮于水平面以上，以延长发电模组4的使用寿命，确保发电模组4的正常发电及其工作效率。

于本实施例中，水轮机3包括至少两个环形轮盘31、中心轴32和多个叶片33。中心轴32设置于环形轮盘31的中心，中心轴32的轴线方向垂直于环形轮盘31的径向方向，中心轴32的一端机械连接发电模组4。多个叶片33环绕设于环形轮盘31上，两个环形轮盘31位于这些叶片33的两端。中心轴32的轴线方向即为水轮机的轴线方向A。然而，本发明对水轮机3的种类不作任何限定。于实际使用中，水轮机3是模块化安装在框架1内。

于本实施例中，由于整个水轮机3较大，环形轮盘31一共有7个，然而本发明对环形轮盘31的数量不作任何限定。于本实施例中，中心轴32为空心轴，使得水轮机3可利用中心轴32的自身浮力以减少水轮机3和框架1的摩擦力，有效地提高了工作效率。

本发明的水轮机3的数量为三个或三个以上。现有的发电装置一般采用一个水轮机。然而只采用一个水轮机，为了提高发电功率，通常水轮机的直径会很大，这样会大大降低水轮机的转速，同时增大扭矩，导致中心轴和齿轮箱之间的摩擦加大，中心轴和齿轮箱的成本攀高。另外，整个发电装置的规模也会受到限制。然而，本发明采用至少三个水轮机，呈阵列式分布，如此每个水轮机无需太大，在保证发电功率甚至提高发电功率的前提下，有效地降低了水轮机的制造成本且延长水轮机的使用寿命。图1中绘出了12个水轮机3，然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，立式海洋能发电装置可仅具有三个水轮机3。

于本实施例中，水轮机3的个数为偶数个，且相邻两个水轮机3呈轴对称设置以使相邻两个水轮机3的转动方向相反。具体而言，多个水轮机3呈并排阵列设置，且相邻两个水轮机3的叶片33的弯曲方向呈轴对称。如图1所示，每两个水轮机3为一组且平行设置，左侧水轮机3的转动方向为顺时针，右侧水轮机3的转动方向为逆时针。通过将相邻水轮机3的转动方向设置为相反，有效地提高水流的聚集和疏散，提升水流速度，从而加快水轮机3的转动以提高发电模组4的发电效率。然而，本发明对水轮机3的数量以及转动方向不作任何限定。

于本实施例中，每个发电模组4对应连接一个水轮机3。每个发电模组4包括变速箱41和发电机42。变速箱41内具有齿轮组（图未示），其中一个齿轮的齿轮轴孔卡合于中心轴32的一端，随着中心轴32的转动，带动该齿轮的转动，然后通过齿轮间的相互啮合，将机械能传给发电机42从而驱使发电机42进行发电。

于本实施例中，立式海洋能发电装置还包括至少三个导水模块5。每个导水模块5对应一个水轮机3。每个导水模块5包括导水板51、旋转轴52和两个阻挡轴53，旋转轴52可转动地设置于框架1。导水板51通过旋转轴52铰接于框架1。两个阻挡轴53设置于框架1且分别位于旋转轴52的两侧。旋转轴52和阻挡轴53的轴线方向平行于水轮机3的轴线方向。当水流沿一水流方向D流向水轮机3，导水板51绕旋转轴52旋转，导水板51的远离旋转轴52的一端抵靠在其中一个阻挡轴53上。导水板51与水流方向D形成夹角以将水流导向水轮机3的转动方向。

于本实施例中，导水模块5的数量为水轮机3数量的两倍，每两个导水模块5对应于一个水轮机3且分别设置于水轮机3沿水流方向D的上游和下游。

以下以图1中最左侧的两个水轮机3为例，详细说明导水模块5如何进行导水以提高发电模组4的发电效率。当水流沿水流方向D涌入，位于水轮机3上游的导水板51在水流的冲击作用下，左侧的导水板51绕旋转轴52顺时针旋转，右侧的导水板51绕旋转轴52逆时针旋转，直到导水板51的一端被阻挡轴53阻挡而不再继续旋转。此时，导水板51位于图中实线所示的位置，与水流方向D形成夹角，而非平行。

位于上游的相邻两个导水板51共同将水流聚中，这样减少水流幅度，提高水流速率，增大水流对水轮机3的冲击力，加大了水轮机3的转动，大幅度提高了发电模组4的发电效率。同时，导水板51将水流导向对应的水轮机3的转动方向。具体而言，左侧上游的导水板51将水流导向接近于水轮机3的转动方向，即顺时针，右侧上游的导水板51将水流导向接近于水轮机3的转动方向，即逆时针。导水板51通过将水流导向尽可能垂直于水轮机3的叶片33的内凹处的方向，以加大水轮机3的转动，从而提高发电模组4的发电效率。

通过水轮机3的水流继续向下游流动。位于水轮机3下游的导水板51在水流的冲击作用下，左侧的导水板51绕旋转轴52逆时针旋转，右侧的导水板51绕旋转轴52顺时针旋转，直到导水板51的一端被阻挡轴53阻挡而不再继续旋转。此时，导水板51亦位于图中实线所示的位置。位于下游的相邻两个导水板51共同将水流分散，加大了排水力度，促进上游水的流入。

由于海洋能中的潮汐能常用于发电，因此在涨潮和落潮时海水的水流方向完全相反。当水流换向，由图1中下方向上方流动时，此时曾经位于水轮机3下游的导水板51变为位于水轮机3的上游，位于水轮机3上游的导水板51变为位于水轮机3的下游。仍然以图1中最左侧的两个水轮机3为例。

当水流沿新的水流方向涌入（和原水流方向D相反），位于水轮机3上游的导水板51（图1中最下方的导水板51）在水流的冲击作用下，左侧的导水板51绕旋转轴52逆时针旋转，右侧的导水板51绕旋转轴52顺时针旋转，直到导水板51的一端被阻挡轴53阻挡而不再继续旋转。此时，导水板51位于图中虚线所示的位置。

导水板51仍然是将水流导向尽可能垂直于水轮机3的叶片33的内凹处的方向，换言之，左侧上游的导水板51将水流导向接近于水轮机3的转动方向，即顺时针，右侧上游的导水板51将水流导向接近于水轮机3的转动方向，即逆时针。由此加大水轮机3的转动，从而提高发电模组4的发电效率。同理，位于下游的导水板51亦位于图1中虚线的位置。下游的导水板51加大排水力度。

由上述描述可知，无论水流方向如何，每个水轮机3的转动方向不会改变，但相邻水轮机3的转动方向相反。

如图5所示，于实际应用中，每个导水板51包括上半部分511和下半部分512。每根旋转轴52和阻挡轴53相应地也包括上半部分和下半部分。若导水板51沿轴向太长，由于水流冲击力巨大，导水板51容易从中断裂。通过这种设置，有效地减少每个导水板51沿轴向的长度，增加导水板31对水流冲击的抵御力。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，导水板51可分为上中下三个部分。

于本实施例中，立式海洋能发电装置还包括两个限流板6，两个限流板6相对设置于框架1的两侧，限流板6平行于水流方向D。具体而言，限流板6位于图1和图2中框架1的左侧和右侧。然而，本发明对此不作任何限定。由于海洋环境较为复杂，水流的主要方向虽为水流方向D及其相反方向，但偶尔会有其他方向的水流进行干扰。通过设置两个限流板6，避免了其它方向水流对水轮机3的干扰，保障了每个水轮机3稳定地朝一个方向进行转动，从而提高发电模组4的发电效率。

于其他实施例中，立式海洋能发电装置可包括三个限流板6，其中两个限流板6相对设置于框架1的两侧（位于图1和图2中框架1的左侧和右侧），另一个限流板6平行于浮筒平台2设置于框架1的另一侧（位于图2中框架1的下侧），三个限流板6均平行于水流方向。通过设置三个限流板6，结合设于顶部的浮筒平台2，实现对框架1非水流方向的全面包覆，避免了其它方向水流对水轮机3的干扰，保障了每个水轮机3稳定地朝一个方向进行转动，从而提高发电模组4的发电效率。另外，也避免了海面和海底垃圾进入立式海洋能发电装置对水轮机3造成损害。同时，设置三个限流板6可以适当增加框架1的封闭性，能够提高整个立式海洋能发电装置一定的浮力。

本发明对限流板6的数量不作任何限定。于其它实施例中，立式海洋能发电装置可仅包括一个平行于浮筒平台2设置于框架1的另一侧的限流板6（位于图2中框架1的下侧）， 以避免海底垃圾进入立式海洋能发电装置对水轮机3造成损害。

于本实施例中，立式海洋能发电装置还包括拉环7和拉索8，拉环7设于框架1上，拉索8的一端设于拉环7上。具体而言，多个拉环7设于框架1上，多根拉索8的一端穿设于拉环7上，另一端固定在岸边的桩10上。优选地，拉环7的数量为四个以上，其中四个分别设于框架1的四个顶角。通过拉环7和拉索8的设置，使得立式海洋能发电装置能在水中固定，也便于维修检查。

图6所示为根据本发明的另一实施例的立式海洋能发电装置中发电模组和水轮机的俯视图。图7为图6的正视图。请一并参考图6和图7。

相同元件都以相同标号进行表示。于本实施例中，框架、浮筒平台、水轮机的环形轮盘、中心轴和叶片、发电模组的变速箱和发电机、导水模块、限流板、拉环和拉锁的结构和功能，皆如前一实施例所述，在此不再赘述。以下仅就不同之处予以说明。

于本实施例中，由于水轮机3′较大，每个水轮机3′对应连接有两个发电模组4′。每个水轮机3′还包括一个主动齿轮34，每个发电模组4′还包括一个从动齿轮43，主动齿轮34的齿轮轴孔卡合于中心轴32的一端，两个从动齿轮43分别啮合于主动齿轮34的相对两侧。于实际应用中，当水轮机3′的中心轴32转动，会带动主动齿轮34进行转动。主动齿轮34带动从动齿轮43进行转动，从而将机械能传给发电模组4′。通过将每个水轮机3′对应连接两个发电模组4′，大幅度提高了发电功率。

然而，本发明对每个水轮机3′对应的发电模组4′的数量不作任何限定。于其它实施例中，为增大发电功率，每个水轮机3′可对应连接两个以上的发电模组4′。

综上所述，本发明提供的立式海洋能发电装置能有效地利用海洋能进行发电。设备简单，易于维护，且能有效地投入大规模生产。本发明采用至少三个呈阵列式分布的水轮机。通过这种设置，每个水轮机无需太大，在保证发电功率甚至提高发电功率的前提下，有效地降低了水轮机的制造成本且延长水轮机的使用寿命。

另外，通过设置导水模块对水流进行导向，增大水流对水轮机的冲击力，加大了水轮机的转动，大幅度提高了提高发电模组的发电效率。并且，通过设置限流板，在保护水轮机不受海底垃圾损害的同时，也避免了其它方向水流对水轮机的干扰，从而提高发电模组的发电效率。再者，通过设置拉环和拉索，使得立式海洋能发电装置能在水中有效固定，便于维修检查。

同时，通过将水轮机数量设为偶数个，且相邻两个水轮机呈轴对称设置有效地提高水流的聚集和疏散，提升水流速度，从而加快水轮机的转动以提高发电模组的发电效率。通过将水轮机的中心轴设为空心，使得水轮机可利用中心轴的自身浮力以减少水轮机和框架的摩擦力，有效地提高了工作效率。

另外，通过将每个水轮机对应连接两个或者以上的发电模组，大幅度提高了发电功率。

虽然本发明已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟知此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。

Claims (10)

1.一种立式海洋能发电装置，其特征在于，包括：

框架；

浮筒平台，设置于所述框架的一侧；

至少三个水轮机，平行设置于所述框架内，所述水轮机的轴线方向垂直于水平面；

至少三个发电模组，分别与所述三个水轮机机械连接且设置于所述浮筒平台背对所述这些水轮机的一侧，当水流流向所述这些水轮机，所述这些水轮机转动以驱动所述这些发电模组发电。

2.根据权利要求1所述的立式海洋能发电装置，其特征在于，所述立式海洋能发电装置还包括至少三个导水模块，每个导水模块包括导水板、旋转轴和两个阻挡轴，所述旋转轴可转动地设置于所述框架，所述导水板通过所述旋转轴铰接于所述框架，所述两个阻挡轴设置于所述框架且分别位于所述旋转轴的两侧，所述旋转轴和所述两个阻挡轴的轴线方向平行于所述水轮机的轴线方向，当水流沿一水流方向流向所述水轮机，所述导水板绕所述旋转轴旋转，所述导水板的远离所述旋转轴的一端抵靠在其中一个阻挡轴上，所述导水板与所述水流方向形成夹角以将水流导向水轮机的转动方向。

3.根据权利要求2所述的立式海洋能发电装置，其特征在于，所述导水模块的数量为所述水轮机数量的两倍，每两个导水模块对应于一个水轮机且分别设置于所述水轮机沿水流方向的上游和下游。

4.根据权利要求1所述的立式海洋能发电装置，其特征在于，所述立式海洋能发电装置还包括两个限流板，所述两个限流板相对设置于所述框架的两侧，所述限流板平行于水流方向。

5.根据权利要求1所述的立式海洋能发电装置，其特征在于，所述立式海洋能发电装置还包括三个限流板，其中两个限流板相对设置于所述框架的两侧，另一个限流板平行于所述浮筒平台设置于所述框架的另一侧，所述三个限流板均平行于水流方向。

6.根据权利要求1所述的立式海洋能发电装置，其特征在于，所述立式海洋能发电装置还包括拉环和拉索，所述拉环设于框架上，所述拉索的一端设于拉环上。

7.根据权利要求1所述的立式海洋能发电装置，其特征在于，所述水轮机包括：

至少两个环形轮盘；

中心轴，设置于所述环形轮盘的中心，所述中心轴的轴线方向垂直于所述环形轮盘的径向方向，所述中心轴的一端机械连接所述发电模组；

多个叶片，环绕设于所述环形轮盘上，所述两个环形轮盘位于所述这些叶片的两端。

8.根据权利要求7所述的立式海洋能发电装置，其特征在于，每个水轮机对应连接有两个发电模组，每个水轮机包括一个主动齿轮，每个发电模组包括一个从动齿轮，所述主动齿轮的齿轮轴孔卡合于所述中心轴的所述端，两个从动齿轮分别啮合于所述主动齿轮的相对两侧。

9.根据权利要求7所述的立式海洋能发电装置，其特征在于，所述中心轴为空心轴。

10.根据权利要求1所述的立式海洋能发电装置，其特征在于，所述水轮机的数量为偶数个，且相邻两个水轮机呈轴对称设置以使相邻两个水轮机的转动方向相反。

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