CN104595098A - 压气式海浪发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发电装置，即以大海波浪能为动力源的压气式海浪发电装置。而提供一种不管涨潮退潮，浪大浪小都利用海面上传到岸边集结形成高能量的涌浪，利用一级能量转换机构的振荡浮子或振荡水柱。通过二级能量转换机构的推拉限距机构、压气机、储气罐和空气涡轮机带动三级能量转换机构的发电机，转换为平稳、强大的恒定电能。本发明装置的优点是：1.大都用空气作为能量转换的介质，空气传动能量损耗最少，又是最好的储能介质；2.整个装置没有水中活动部件；3.结构简单，建造成本低，便于维修；4.现场施工简易；5.厂房建在岸上；6.可建造大型海浪发电场；7.也起到保护海岸的作用。本装置是目前许许多多海浪发电装置中较为理想的一种。

Description

压气式海浪发电装置

技术领域

本发明涉及一种能量转换技术，尤其是利用海洋岸边波浪发电技术。

背景技术

现在能源紧缺、环境污染已成为全球面对的重大问题。地球表面有超过70％以上面积是海洋。广阔的海洋，蕴藏着巨大的能量，就拿海浪能来说，具有能量密度高，分布广等特点。海洋波浪能是一种取之不尽用之不竭的可再生清洁能源之一，比风能和太阳能优越得多，是人们长期的愿望。自古吸引着沿海的能工巧匠们，想尽各种办法，企图驾驭海浪为人所用。现在海洋波浪能学者估计发现，波浪在海洋中传播上千公里而不会有明显衰减，最终在岸边集结。有人做过测试，海浪对海岸的冲击力十分巨大，只需提取27％，从小浪到大浪其效率将是：每公里长的海岸线发电能量，分别约是6000千瓦，16000千瓦，57000千瓦等。如此高的发电能力，说明近海岸波浪能更有开发价值，厂房便于建造，成本更加低廉，更加便于维护，前景非常广阔。

我国陆地海岸线18000多公里，大小岛屿6960个，海岸线14000多公里，蕴藏的波浪能资源十分丰富，总量约有5亿千瓦，可利用的约有1.5亿千瓦。

工程性方面。目前发明的波浪发电装置，大都是放在水中，海洋环境下台风天气时常发生，会破坏水中装置，海水又会腐蚀海中装置，贝类又会寄生在水中装置上，使装置容易损坏。从工程性来看，海洋波浪能学者提出，理想的工程性较好的波浪发电方案，应该包括三个方面：1、没有水中活动部件；2、总体结构上利于抗台风；3、尽量少的现场施工。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有海浪发电装置，设备不是很完善和发电量少等不足之处。而提供一种利用一级能量转换机构，主要设在岸边海面上，不管涨潮、退潮，浪大、浪小都能捕获从海面上传来，在岸边集结的高能量的涌浪运动，通过二级能量转换机构带动发电机发出电能，保证了电能转换的高效率、穩定性和大规模的发电。

为解决上述技术问题。本发明压气式海浪发电装置，它包括一级能量转换机构、二级能量转换机构和三级能量转换机构的发电机三大部分。

本发明的压气式海浪发电装置，一级能量转换机构有两个设计方案：第一个设计方案是振动浮子，第二个设计方案是振荡水柱。二级和三级能量转换机构两个方案相同。

先用一级能量转换机构的第一个设计方案振动浮子，来说明本海浪发电装置。

一级能量转换机构振动浮子，是一个漂浮室，捕获从海面上传到岸边集结的，高能量的涌浪的动能和势能。这种动能和势能通过连杆和推拉限距机构，传给二级能量转换机构的风箱式压气机(简称压气机，下同)，转换为压缩空气的动能。压缩空气通过两次或多次储入储气罐，变为稳定的高压气流去驱动大型空气涡轮机，带动三级能量转换机构的大型发电机，转换为平稳的强大电能。

本发明装置的优点是：1装置大都用空气作为能量转换的介质，它是传递能 量损耗最少的一种介质，也是一种最好的储能介质；2.整个装置没有水中活动部件；3.整体结构利于抗台风，唯一在水面活动的一级能量转换机构振荡浮子，碰到强台风天气还可以离开水面避险；4.结构简单，建造成本低，便于维修；5、现场施工简易，只需退潮后只需铺设或架设一根到两根导轨即可；6.厂房建在岸上，用可短可长的高压气管道传输，可选择合适的地方；7.能建造大型海浪发电场。该海浪发电装置是目前许许多多海浪发电装置中较为理想的一种。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明，本发明的上述和其它方面的优点将会变得更加清楚。

图1是本发明装置的总体结构侧视示意图。

图2推拉限距机构和压气机构造示意图。

图3海浪上升时推拉限距机构和压气机工作示意图。

图4海浪下降时推拉限距机构和压气机工作示意图。

具体实施方式

为了加深对本发明装置的理解，下面将结合实施例和附图对本发明装置作进一步的详述。

图1中，附图标记说明。振动浮子(1)，导轨(2)，连杆(3)，推拉限距机构(4)，压气机(5)，输气管(6)储气罐(7)，压气管道(8)，集中储气罐(9)，高压气管道(10)，大型空气涡轮机(11)，增速器(12)，大型发电机(13)，齿轮(17)，开口套(18)。

振荡浮子(1)含在导轨(2)(单轨或双轨)上，不脱落，能沿着导轨(2)上下滑动。导轨(2)的横截面是“工”字型。导轨(2)固定在岸边水泥墩子或水泥柱上，从岸边陆地上斜铺或斜架到退潮后的海面下，连杆(3)下端与震荡浮子(1)连接，上端与推拉限距机构(4)连接。推拉限距机构(4)与压气机(5)连接。压气机(5)通过输气管(6)与储气罐(7)相通。储气罐(7)通过压气管道(8)与集中储气罐(9)相通。集中储气罐(9)通过高压气管道(10)与大型空气涡轮机(11)相通。大型空气涡轮机(11)与增速器(12)连接。增速器(12)与大型发电机(13)连接。

图2中。推拉限距机构(4)由长齿条(4a)、短齿条(4b)和上扇形齿轮(4c)、下扇形齿轮(4d)组成。长齿条(4a)的长度等于潮差加正常浪高。长齿条(4a)固连在连杆(3)上。连杆(3)要用开口套(18)稳住，使连杆(3)能在套内上下滑动，使长齿条(4a)露在开口处的套外，正好与长齿条(4a)啮合。短齿条(4b)等于压气机(5)活塞杆推拉的距离的长度。扇形齿轮(4c)和扇形齿轮(4d)是同轴的上下两个扇形齿轮，(4c)大于或等于(4d)。长齿条(4a)与扇形齿轮(4c)啮合。。短齿条(4b)与扇形齿轮(4d)啮合。短齿条(4b)，固连在压气机(5)的活塞杆(5a)上。

顾名思义，推拉限距机构，是限制推或拉压气机(5)的活塞杆(5a)的距离，也就是与(4d)弧长相等的距离。推拉限距机构(4)虽然很简单，但是不管涨潮落潮，不管浪大浪小，它的作用是限制长齿条(4a)不管拉或推多长的距离，只能把活塞杆(5a)拉或推到所需活塞缸的长度，超出再推或拉只是空作用。推拉限距机构(4)的设计，是在岸上向海面捕获波浪能的特定技术。是本发明的技术特征。

压气机(5)。有活塞杆(5a)，活塞(5b)，上面的出气管装有单向阀(5c)、(5d)和(5e)。下面的进气管装有单向阀(5f)和(5g)。

主要工作过程。

图3中。每当海浪涌来时，振动浮子(1)被涌浪沿导轨(2)推上波峰。振荡浮子(1)把与之连接的连杆(3)向上推。连杆(3)的向上推，推动固连的长齿条(4a)。长齿条(4a)把与之啮合的上扇形齿轮(4c)推向右方。上扇形齿轮(4c)的推向右方，把与它同轴的下扇形齿轮(4d)推向左方。下扇形齿轮(4d)的推向左方，把之啮合的短齿条(4b)推向左方。短齿条(4b)的推向左方，把与之固连的活塞杆(5a)向左拉。活塞杆(5a)向左拉，把活塞(5b)向左推。活塞(5b)向左推，左边被压缩的空气推开单向阀(5c)，通过输气管(6)推开单向阀(5e)把空气压进储气罐(7)。与此同时，活塞(5b)右边产生负压，会自动打开单向阀(5g)吸进空气补充。，

图4中。紧接着涌浪降下时，振荡浮子(1)有一定的重量，靠自重沿导轨(2)向下落入波谷。振荡浮子(1)把与之连接的连杆(3)向下拉。连杆(3)的向下拉，拉动固连的长齿条(4a)。长齿条(4a)把与之啮合的上扇形齿轮(4c)拉向左方。上扇形齿轮(4c)的拉向左方，把与它同轴的下扇形齿轮(4d)推向右方。下扇形齿轮(4d)的推向右方，把之啮合的短齿条(4b)也向右推。短齿条(4b)的向右推，把与之固连的活塞杆(5a)向右推。活塞杆(5a)的向右推，把活塞(5b)向右推，右边被压缩的空气推开单向阀(5d)，通过输气管(6)又一次推开单向阀(5e)把空气压进储气罐(7)。与此同时，活塞(5b)左边产生负压，会自动打开单向阀(5f)吸进空气补充。这时压气机(5)又一次向储气罐(7)压气。

活塞杆(5a)被一拉一推，使活塞(5b)左右压气，压气机(5)完成了一个工作周期。

随着海浪连续上下运动，压气机(5)继续工作，通过输气管(6)不断给储气罐(7)储气。储气罐(7)通过压气管道(8)，就能驱动空气涡轮机带动发电机发电。但发电量不是很大，这不是本发明的最终目的。

上述是本发明装置的一个发电单元。一个单元发电不是最终目的。本发明要求安装多个这样的单元联机发电，建立大型海浪发电场。建造大型海浪发电场也很简单，只要把多个单元的储气罐(7)里的压缩空气，通过各自的压气管道(8)共同压送到集中储气罐(9)里，再用这集中储气罐(9)里的高压气流，通过高压气管道(10)，去驱动大型空气涡轮机(11)通过增速器(12)平稳地带动大型发电机(13)，发出强大的恒定电流。如此类推，利用长短不一的高压气管道，通过多级储能罐集中驱动、发电。这才是本发明装置的最终目标。

极端天气来临时，振荡浮子可以避险。只要顺时针方向连续摇动与长齿条(4a)啮合的齿轮(17)，就能把振荡浮子(1)从水面拉起避险。

下面再说明一级能量转换机构的第二个设计方案的振荡水柱，它是替代振荡浮子的功能。

一级能量转换机构的振荡水柱。它是一个立体梯形罩状的空气室(简称空气室，下同)。空气室的下部开口在水下直接与海水相通，空气室的上部与无底伸缩箱(简称伸缩箱，下同)连接并相通成一体。伸缩箱上有一个盖，盖的中间与连杆(3)下端连接，连杆(3)上端与二级能量转换机构的推拉限距机构(4) 的长齿条(4a)固连。(接下，与前面的第一个方案相同)

附图说明 

下面结合附图和具体实施方式对本发明一级能量转换机构的振荡水柱作更进一步的具体说明，该级的振荡水柱的优点将会变得更加清楚。

图5。是本发明装置的一级能量转换机构的振荡水柱在总体结构上示意图。

图6。水柱上升时伸缩箱工作示意图。

图7。水柱下降时伸缩箱工作示意图。

具体实施方式 

为了加深对本发明装置的第二方案的一级能量转换机构振荡水柱的理解，下面将结合实施例和附图作进一步的详述。

图5中，附图标记说明。空气室(14)，伸缩箱(15)，箱盖(16)。

空气室(14)斜斜的固定在岸边，下部开口在水下与海水相通，上部与伸缩箱(15)连接相通成一体。伸缩箱(15)上的箱盖(16)通过连杆(3)与二级能量转换机构的推拉限距机构(4)连接。(接下，与前面的第一个方案相同)

主要工作过程。

图6中。每当海浪上升时，空气室(14)外产生波峰，同时使空气室(14)内产生上升水柱。空气室(14)内的上升水柱压缩空气，推动伸缩箱(15)伸展。伸缩箱(15)的伸展，把与箱盖(16)连接的连杆(3)向上推。连杆(3)的向上推，推动二级能量转换机构(4)的长齿条(4a)。(接下，与前面的第一个方案相同)

图7中。海浪下降时，空气室(14)外产生波谷，同时使空气室(14)内水柱下降而产生负压，会把伸展了的伸缩箱(15)缩回。伸缩箱(15)的缩回，通过与箱盖(16)连接的连杆(3)，向下拉动推拉限距机构(4)的长齿条(4a)。(接下，与前面第一个方案相同)。

补充说明。1.压气机的活塞缸和输气管(6)，以及活塞缸的出气管和进气管四者的直径要相等；2.高压气管道(10)的横截面积，要等于许多根向集中储气罐(9)里压送高压气的压气管道(8)的横截面积的总和。3.每个单向阀都要在管道上各自的阀床里，确保管道满盈通气。4.所有的空气储能罐都要做成扁平的，利于抗台风。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.压气式海浪发电装置，它的一级能量转换机构包括振荡浮子和振荡水柱两个设计方案，二级能量转换机构的推拉限距机构、压气机和空气涡轮机，三级能量转换机构的发电机三大部分。

2.按照权利要求1所述的压气式海浪发电装置，其特征在于：所述的一级能量转换机构的振荡浮子(1)含在导轨(2)上不脱离，沿着导轨上下滑动，导轨(2)从岸边陆地上斜铺或斜架到退潮后的海面下，连杆(3)下端与震荡浮子(1)或空气室(12)连接，上端与推拉限距机构(4)的齿条(4a)固连，连杆(3)要用开口套(18)稳住。

3.按照权利要求1所述的压气式海浪发电装置，其特征在于：所述的推拉限距机构(4)由长齿条(4a)、短齿条(4b)、扇形齿轮(4c)和扇形齿轮(4d)组成，扇形齿轮(4c)和扇形齿轮(4d)是同轴的上下两个扇形齿轮，长齿条(4a)与扇形齿轮(4c)啮合，短齿条(4b)与扇形齿轮(4d)啮合，推拉限距机构(4)的短齿条(4b)，固连在压气机(5)的活塞杆(5a)上。

4.按照权利要求1所述的压气式海浪发电装置，其特征在于：所述的压气机(5)由活塞杆(5a)，活塞(5b)，出气管的单向阀(5c)、(5d)和(5e)、进气管的单向阀(5f)和(5g)组成，压气机(5)的出气口通过输气管(6)与储气罐(7)相通，储气罐(7)通过压气管道(8)与集中储气罐(9)相通，集中储气罐(9)通过高压气管道(10)与大型空气涡轮机(11)相通，大型空气涡轮机(11)通过增速器(12)与大型发电机(13)连接。

5.按照权利要求1所述的压气式海浪发电装置，其特征在于：所述的一级能量转换机构第二设计方案的振荡水柱，空气室(14)下部开口在水下与海水相通，上部与伸缩箱(15)连接相通成一体，箱盖(16)通过连杆(3)与推拉限距机构(4)连接。

6.按照权利要求3所述的压气式海浪发电装置，其特征在于：所述的振荡浮子上的长齿条(4a)与齿轮(17)啮合，用把手顺时针方向摇转齿轮(17)就能把振荡浮子从水面拉起避险。

7.按照权利要求1所述的压气式海浪发电装置，其特征在于：所述的扇形齿轮(4c)要大于或等于扇形齿轮(4d)，压气机的活塞缸、出气管、进气管和输气管(6)四者的直径要相等；3.高压气管道(10)的横截面积，要等于许多根向集中储气罐(9)里压送高压气的压气管道(8)的横截面积的总和。