CN103615350A - 一种江河水流能量转换系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种江河水流能量转换系统，由沿着江河水流地势设置于江河水上的至少一个可活动安装的能量转换装置组成，能量转换装置由平行浮于江河水流面的转动轴、设于转动轴上的水轮叶、连接转动轴的动力输出装置组成；江河水流方向与水轮叶的转动方向平行或成锐角或成钝角。江河水流能量转换系统利用现有江河水流高低位地势和水本身重力的优势，能量转换系统的转动轴平行浮于流动水面并接触流动水面使转动轴滚动产生动力传动发电机发电或产生压缩空气能。能量转换系统可以根据实际需要建造横跨河道两岸布局设置成沿河床建设的多个高密度小型矮坝，不会对原有江河生态资源造成破坏，利用水能的同时又能有效地保护河床，对环境不产生污染。

Description

一种江河水流能量转换系统

技术领域

本发明涉及一种江河水流能量转换系统的技术领域，尤其涉及一种利用江河水的急速水流或利用江河水高低地势所形成的水流能量转换为机械能，并把该机械能转换为电能或空气能的一种江河水流能量转换系统，所转换的能量具有多种用途。

背景技术

水不仅可以直接被人类利用，它还是能量的载体。太阳能驱动地球上水循环，使之持续进行。地表水的流动是重要的一环，在落差大、流量大的地区，水能资源丰富。随着矿物燃料的日渐减少，水能是非常重要且前景广阔的替代资源。水能是一种可再生能源，水能主要用于水力发电。水力发电将水的势能和动能转换成电能。以水力发电的工厂称为水力发电厂，简称水电厂，又称水电站。水力发电的优点是成本低、可连续再生、无污染。缺点是分布受水文、气候、地貌等自然条件的限制大。容易被地形、气候等多方面的因素所影响，国家还在研究如何更好的利用水能。

水的落差在重力作用下形成动能，从河流或水库等高位水源处向低位处引水，利用水的压力或者流速冲击水轮机，使之旋转，从而将水能转化为机械能，然后再由水轮机带动发电机旋转，切割磁力线产生交流电。

水能资源最显著的特点是可再生、无污染。开发水能对江河的综合治理和综合利用具有积极作用，对促进国民经济发展，改善能源消费结构，缓解由于消耗煤炭、石油资源所带来的环境污染有重要意义，因此世界各国都把开发水能放在能源发展战略的优先地位。

但是现有水能分布受水文、气候、地貌等自然条件的限制大。水容易受到污染，也容易被地形，气候等多方面的因素所影响。现有的水能发电站等发电设备必需筑坝移民，建造大坝，截留水源或者形成水库，通过大坝建设改变水的流速，令发电的效率增大，但这类基础建设投资大,搬迁任务重，且在大坝以下水流侵蚀加剧，河流的变化及对动植物的影响，对生态造成破坏。我国的长江三峡大坝水利发电站的建造虽然能提供大量的电能，解决我国长江三峡地区等的用电需求，但建造大坝所造成的环境生态和对长江的水资源造成的影响却是无可估量的，对于此种只关注现在，缺忽视环境生态保护和消耗未来环境资源的做法有着许多错误之处。但现有技术中利用水能发电又必须要建造大坝的基本要求是许多国家一直以来研究解决的问题，但至今还未研究出一种有效的方法和途径。

由此，在现有技术中，还未出现一种利用江河水流能量发电或转换为其他能量却不需要截留水流的方法和设施。因此，本申请人经过不断的实验和研究，终于开发出一种可以把江河水流的水能转化为电能或其他能量却不需要截留水流，同时也不会对水源生态造成环境影响。该水能转化系统对原来江河道的改造不会对水流造成任何形式的限制和影响，更不会破坏原有水源的生态系统和资源，转换的能量高效，且利用率高，是符合现代可持续发展的高标准要求，更是能够利国利民又能保护生态资源的新技术。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的缺点，提供一种江河水流能量转换系统，该江河水流能量转换系统利用现有江河水流高低位地势和水里本身重力的优势，在江河水流上建造能量转换系统，该能量转换系统不需在水道上建造大坝或截留水流用于能量的转换，更对本身水流的流速和方向不会产生影响，也不会对原有江河生态资源造成破坏，且建造成本较小，对环境不产生污染，符合现代可持续发展又保护生态资源的发展规划。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种江河水流能量转换系统，由沿着江河水流地势设置于江河水上的至少一个可活动安装的能量转换装置组成，能量转换装置由平行浮于江河水流面的转动轴、设于转动轴上的水轮叶、连接转动轴的动力输出装置组成；江河水流方向与水轮叶的转动方向平行或成锐角或成钝角。该江河水流能量转换系统可以由多个或一个能量转换装置组成，且该能量转换系统必须安装在有江河水流高低位地势的流域中才能发挥江河水流波浪对能量转换系统的作用。该能量转换装置的转动轴必须浮于水面上并且利用波浪对水轮叶的冲击，产生较大的转动轴机械运动转动；由于波浪的势能比平静水面的势能大很多，当转动轴浮于水面上，转动轴基本处于较轻和容易被冲击形成高速转动的状态，能最大限度地把波浪能转化为其他能量，用于民生和基础设计。此江河水流能量转换系统的最重要优势在于不仅水能转化率高效，更不需建造大坝或截留水流，不会对江河的生态环境造成破坏。

进一步的，所述的转动轴内填充有令转动轴浮于江河水流面的轻质填充料。本身转动轴就可以为浮于水面上的轻质材料，在填充油轻质填充料的双重作用，令转动轴的浮于江河水面上被波浪冲击产生的的反作用阻力更少，即转动轴转动的速度更快，产生的转换能量就越多。

进一步的，所述的轻质填充料为泡沫、塑胶或比水密度小的填充液体。当然，除了上述提及的轻质填充料，也可以采用其他比水密度小的填充料；而比水密度小的填充液体可直接填充在转动轴内并处于密封状态，也可以用其他密封件密封后再放入转动轴内，如使用塑料袋等密封件。

进一步的，所述的转动轴为轻质材质制造，转动轴为空心结构。转动轴可以直接为空心结构，因转动轴本身就为轻质材质制造，且比水的密度小。

进一步的，所述的转动轴内充满比水密度小的气体，气体于转动轴内处于密封状态。更可以在空心的转动轴内填充有气体，增加转动轴浮出水面的体积，令转动轴和水轮叶收到波浪冲击的受力面积更多，转动轴转动的速度更快，产生更多的转换能量。而其他可以直接与转动轴内处于密封状态，也可以使用软性塑料袋填充有密封气体后把该软性塑料袋放入转动轴内。

进一步的，所述的动力输出装置为连接转动轴的发电机组，发电机组的定子轴与转动轴连接。动力输出装置为发电机组，通过转动轴的转动带动发电机组的定子轴转动，切割磁感线，产生电能，由于发电。

进一步的，所述的动力输出装置由与转动轴安装连接的偏心轮、与偏心轮连接的连接杆、与连接杆连接的往复活塞空气压缩泵组成；转动轴通过偏心轮的作用变换输出动力带动连接杆作推压的往复运动，连接杆带动往复活塞空气压缩泵做往复运动产生压缩空气能。也可以通过偏心轮和连接杆等部件的连接，把转动轴产生的机械能转为至往复活塞空气压缩泵上，驱动往复活塞空气压缩泵做往复运动，不断产生压缩空气能，利用压缩空气能转化为其他领域所需要的能量资源。

进一步的，所述的动力输出装置为以转动轴输出机械能带动运输的传输带，传输带实现近距离或远程距离的运输作用。沿江河流域设置的多个能量转换装置也可以是部分的能量转换系统用于发电、部分的能量转换装置用于产生压缩空气能、部分的能量转换装置用于传输带的传输作用。

进一步的，所述的水轮叶为沿转动轴轴心线设置的长条状长板。长条状长板结构的水轮叶直接受到波浪水力的冲击，水轮叶采用此长条状长板结构，能使水轮叶的受力面积最大化，比传统的螺旋叶轮或扇形叶轮等结构的效果更佳。

进一步的，所述的水轮叶由两块沿转动轴轴心线设置的长条状长板拼装而成，水轮叶的横截面积呈角铁形状，两块长条状长板的夹角为直角、钝角或锐角。该水轮叶也可以采用角铁形状此结构，两块长条状长板都受到波浪势力的冲击，使此结构的水轮叶受到的冲击力比单条长条状长坂的受力更多，更能增加转动轴的转速，产生更多的能力转换。

进一步的，所述的能量转换装置沿沿河床建设安装设置，能量转换装置安装于河道岸边上或安装在河道岸边与河道中心之间或横跨整个河道安装。该能量转换装置沿着江河水流地势的方向能无限量地布置，且在江河水流地势处于高低位的条件，每个能量转换装置排列而成的江河水道能量转换系统就呈梯式形状布局。

进一步的，所述的能量转换装置以机架固定安装在河道岸边或以桩柱插入河床作为机架固定能量转换装置。该能量转换装置可以以机架直接安装在河道岸边，也可以以桩柱插在河床上固定支架，不仅可以安装在河道岸边，也可以安装在河道中心上。

进一步的，沿江河河道两岸设有横跨河道平面的高密度小型矮坝，各个高密度小型矮坝于河道上沿河床建设布局设置成，每个能量转换装置以机架安装在高密度小型矮坝上，两岸均安装有河堤安装系统。该高密度小型矮坝的建造能保证能量转换装置的转换利用率极高的同时又保护了河床，因为此高密度小型矮坝与大型大坝不同，不会对环境造成破坏，更不会截留水源的方式或储库来实现水能的转换。

进一步的，所述的机架设有随水位升降而活动调节定位能量转换装置升降的升降调节装置。由于秋季的变化的水流量的环境变化会造成水位的升降，而在机架上安装有升降调节装置用于调整能量转换装置的位置，就能适应水位变化的要求。

进一步的，所述的能量转换装置以悬挂方式放置在江河水流面上，于河道岸边或河道中心或横跨河道或在高密度小型矮坝上设置悬挂机架悬挂机架，悬挂机架设有活动的吊臂悬挂能量转换装置。能量转换装置也可以采用悬挂的方式，令转动轴不仅受到浮力的作用，也受到悬挂的作用力，使波浪对转动轴的冲击力更大，转动轴转动的速度越快，产生的能量转换自然就越多。

综上所述，本发明的有益效果是：本发明的江河水流能量转换系统利用现有江河水流高低位地势和水本身重力的优势，在江河水流上建造能量转换系统，该能量转换系统的转动轴平行浮于流动水面并接触流动水面使转动轴滚动产生动力传动发电机发电或产生压缩空气能。该能量转换系统不需在水道上建造现有技术的大坝或截留水流用于能量的转换，而是可以根据实际需要建造横跨河道两岸布局设置成楼梯式结构的多个高密度小型矮坝，不会对水流本身的流速和方向产生影响，更不会对原有江河生态资源造成破坏，利用水能的同时又能有效地保护河床，且建造成本较小，对环境不产生污染，符合现代可持续发展又保护生态资源的发展规划。

附图说明

图1是实施例1的江河水流能量转换系统安装在江河水面上的示意图；

图2是实施例1的能量转换装置的示意图；

图3是实施例1的转动轴的左视图；

图4是实施例1的转动轴的剖视图；

图5是实施例2的转动轴的剖视图；

图6是实施例3的转动轴的剖视图；

图7是实施例4的能量转换装置的示意图；

图8是实施例5的转动轴的左视图；

图9是实施例8的能量转换装置的示意图；

图10是实施例9的江河水流能量转换系统安装在江河水面上的示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例1所描述的一种江河水流能量转换系统，如图1所示，由沿着江河水流地势设置于江河水上的多个活动安装的能量转换装置1组成；如图2、图3所示，能量转换装置由平行浮于江河水流面的转动轴2、设于转动轴上的水轮叶3、连接转动轴的动力输出装置4组成；江河水流方向与水轮叶的转动方向平行。每个能量转换装置沿江河水流地势布置成梯式排列放置，能量转换装置以机架17固定安装在河道岸边。该能量转换装置沿着江河水流地势的方向能无限量地布置，且在江河水流地势处于高低位的条件，每个能量转换装置排列而成的江河水道能量转换系统就呈梯式形状布局。

该江河水流能量转换系统可以由多个能量转换装置组成，且该能量转换系统必须安装在有江河水流高低位地势的流域中才能发挥江河水流波浪对能量转换系统的作用。该能量转换装置的转动轴必须浮于水面上并且利用波浪对水轮叶的冲击，产生较大的转动轴机械运动转动；由于波浪的势能比平静水面的势能大很多，当转动轴浮于水面上，转动轴基本处于较轻和容易被冲击形成高速转动的状态，能最大限度地把波浪能转化为其他能量，用于民生和基础设计。此江河水流能量转换系统的最重要优势在于不仅水能转化率高效，更不需建造大坝或截留水流，不会对江河的生态环境造成破坏。

进一步的，如图4所示，所述的转动轴内填充有令转动轴浮于江河水流面的轻质填充料。所述的轻质填充料为泡沫5，转动轴处于密封状态令泡沫不渗水。本身转动轴就可以为浮于水面上的轻质材料，在填充油轻质填充料的双重作用，令转动轴的浮于江河水面上被波浪冲击产生的的反作用阻力更少，即转动轴转动的速度更快，产生的转换能量就越多。

进一步的，如图2所示，所述的动力输出装置为连接转动轴的发电机组6，发电机组的定子轴7与转动轴固定连接。动力输出装置为发电机组，通过转动轴的转动带动发电机组的定子轴转动，切割磁感线，产生电能，由于发电。

进一步的，如图2所示，所述的水轮叶为沿转动轴轴心线设置的长条状长板。长条状长板结构的水轮叶直接受到波浪水力的冲击，水轮叶采用此长条状长板结构，能使水轮叶的受力面积最大化，比传统的螺旋叶轮或扇形叶轮等结构的效果更佳。

实施例2

该实施例2是在实施例1的基础上进行改进，该实施例2的具体不同之处在于：如图5所示，轻质填充料为比水密度小的填充液体8。比水密度小的填充液体是直接填充在转动轴2内并处于密封状态。

实施例3

该实施例3同样是在实施例1的基础上进行改进，该实施例3的具体不同之处在于：如图6所示，转动轴为轻质材质制造，转动轴为空心结构。所述的转动轴2内充满比水密度小的气体9，使用软性塑料袋10填充有密封气体后把该软性塑料袋放入转动轴内，气体于转动轴内处于密封状态。转动轴可以直接为空心结构，因转动轴本身就为轻质材质制造，且比水的密度小。更可以在空心的转动轴内填充有气体，增加转动轴浮出水面的体积，令转动轴和水轮叶收到波浪冲击的受力面积更多，转动轴转动的速度更快，产生更多的转换能量。

实施例4

该实施例4同样是在实施例1的基础上进行改进，该实施例4的具体不同之处在于：如图7所示，动力输出装置由与转动轴安装连接的偏心轮11、与偏心轮连接的连接杆12、与连接杆连接的往复活塞空气压缩泵13组成；转动轴通过偏心轮的作用变换输出动力带动连接杆作推压的往复运动，连接杆带动往复活塞空气压缩泵做往复运动产生压缩空气能。也可以通过偏心轮和连接杆等部件的连接，把转动轴产生的机械能转为至往复活塞空气压缩泵上，驱动往复活塞空气压缩泵做往复运动，不断产生压缩空气能，利用压缩空气能转化为其他领域所需要的能量资源。

实施例5

该实施例5同样是在实施例1的基础上进行改进，该实施例5的具体不同之处在于：如图8所示，水轮叶由两块沿转动轴2轴心线设置的长条状长板拼装而成的长角铁条14，水轮叶的横截面积呈角铁形状，两块长条状长板的夹角为直角。该水轮叶也可以采用角铁形状此结构，两块长条状长板都受到波浪势力的冲击，使此结构的水轮叶受到的冲击力比单条长条状长坂的受力更多，更能增加转动轴的转速，产生更多的能力转换。

实施例6

该实施例6是在上述实施例1-5的基础上进行改进，该实施例6的具体不同之处在于：能量转换装置安装在河道岸边与河道中心之间。该能量转换装置沿着江河水流地势的方向能无限量地布置，且在江河水流地势处于高低位的条件，每个能量转换装置排列而成的江河水道能量转换系统就呈梯式形状布局。

所述的能量转换装置以桩柱插入河床作为机架固定能量转换装置。该能量转换装置以桩柱插在河床上固定支架，不仅可以安装在河道中心，也上可以安装在河道岸边。

实施例7

该实施例7是在上述实施例1-6的基础上进行改进，该实施例7的具体不同之处在于：机架设有随水位升降而活动调节定位能量转换装置升降的升降调节装置。由于秋季的变化的水流量的环境变化会造成水位的升降，而在机架上安装有升降调节装置用于调整能量转换装置的位置，就能适应水位变化的要求。

实施例8

该实施例8是在上述实施例1-5的基础上进行改进，该实施例8的具体不同之处在于：如图9所示，能量转换装置1以悬挂方式放置在江河水流面上，横跨河道设置悬挂机架，悬挂机架15设有活动的吊臂16悬挂能量转换装置。能量转换装置采用悬挂的方式，令转动轴不仅受到浮力的作用，也受到悬挂的作用力，使波浪对转动轴的冲击力更大，转动轴转动的速度越快，产生的能量转换自然就越多。

实施例9

该实施例9是在上述实施例1-5的基础上进行改进，该实施例9的具体不同之处在于：如图10所示，沿江河河道两岸设有横跨河道平面的高密度小型矮坝18，各个高密度小型矮坝于河道上布局设置成楼梯式结构，每个能量转换装置1以机架17安装在高密度小型矮坝上，两岸均安装有河堤安装系统。该高密度小型矮坝的建造能保证能量转换装置的转换利用率极高的同时又保护了河床，因为此高密度小型矮坝与大型大坝不同，不会对环境造成破坏，更不会截留水源的方式或储库来实现水能的转换。

实施例10

该实施例10是在上述实施例1-5和实施例9的基础上进行改进，该实施例10的具体不同之处在于：能量转换装置以悬挂方式放置在江河水流面上，横跨河道平面设置高密度小型矮坝，在高密度小型矮坝上设置悬挂机架悬挂机架，悬挂机架设有活动的吊臂悬挂能量转换装置。能量转换装置也可以采用悬挂的方式，令转动轴不仅受到浮力的作用，也受到悬挂的作用力，使波浪对转动轴的冲击力更大，转动轴转动的速度越快，产生的能量转换自然就越多。

实施例11

该实施例11同样是在实施例1的基础上进行改进，该实施例4的具体不同之处在于：该动力输出装置为以转动轴输出机械能带动运输的传输带，传输带实现近距离或远程距离的运输作用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (15)

1.一种江河水流能量转换系统，其特征在于：由沿着江河水流地势设置于江河水上的至少一个可活动安装的能量转换装置组成，能量转换装置由平行浮于江河水流面的转动轴、设于转动轴上的水轮叶、连接转动轴的动力输出装置组成；江河水流方向与水轮叶的转动方向平行或成锐角或成钝角。

2.根据权利要求1所述的一种江河水流能量转换系统，其特征在于，所述的转动轴内填充有令转动轴浮于江河水流面的轻质填充料。

3.根据权利要求2所述的一种江河水流能量转换系统，其特征在于，所述的轻质填充料为泡沫、塑胶或比水密度小的填充液体。

4.根据权利要求1所述的一种江河水流能量转换系统，其特征在于，所述的转动轴为空心结构。

5.根据权利要求4所述的一种江河水流能量转换系统，其特征在于，所述的转动轴内充满比水密度小的气体，气体于转动轴内处于密封状态。

6.根据权利要求1所述的一种江河水流能量转换系统，其特征在于，所述的动力输出装置为连接转动轴的发电机组，发电机组的定子轴与转动轴连接。

7.根据权利要求1所述的一种江河水流能量转换系统，其特征在于，所述的动力输出装置由与转动轴安装连接的偏心轮、与偏心轮连接的连接杆、与连接杆连接的往复活塞空气压缩泵组成；转动轴通过偏心轮的作用变换输出动力带动连接杆作推压的往复运动，连接杆带动往复活塞空气压缩泵做往复运动产生压缩空气能。

8.根据权利要求1所述的一种江河水流能量转换系统，其特征在于，所述的动力输出装置为以转动轴输出机械能带动运输的传输带，传输带实现近距离或远程距离的运输作用。

9.根据权利要求1所述的一种江河水流能量转换系统，其特征在于，所述的水轮叶为沿转动轴轴心线设置的长条状长板。

10.根据权利要求1所述的一种江河水流能量转换系统，其特征在于，所述的水轮叶由两块沿转动轴轴心线设置的长条状长板拼装而成，水轮叶的横截面积呈角铁形状，两块长条状长板的夹角为直角、钝角或锐角。

11.根据权利要求1所述的一种江河水流能量转换系统，其特征在于，所述的能量转换装置沿河床建设安装设置，能量转换装置安装于河道岸边上或安装在河道岸边与河道中心之间或横跨整个河道安装。

12.根据权利要求11所述的一种江河水流能量转换系统，其特征在于，所述的能量转换装置以机架固定安装在河道岸边或以桩柱插入河床作为机架固定能量转换装置。

13.根据权利要求11所述的一种江河水流能量转换系统，其特征在于，沿江河河道两岸设有横跨河道平面的高密度小型矮坝，各个高密度小型矮坝于河道上沿河床建设布局设置成，每个能量转换装置以机架安装在高密度小型矮坝上，两岸均安装有河堤安装系统。

14.根据权利要求12或13所述的一种江河水流能量转换系统，其特征在于，所述的机架设有随水位升降而活动调节定位能量转换装置升降的升降调节装置。

15.根据权利要求11或12或13所述的一种江河水流能量转换系统，其特征在于，所述的能量转换装置以悬挂方式放置在江河水流面上，于河道岸边或河道中心或横跨河道或在高密度小型矮坝上设置悬挂机架悬挂机架，悬挂机架设有活动的吊臂悬挂能量转换装置。

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