CN104728034A - 一种柔性腔式的海洋波浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性腔式的海洋波浪能发电装置，用于驱动海洋结构物，该装置包括柔性腔体、液压马达、发电机，液压马达和发电机均固定在海洋结构物的内部，液压马达与发电机之间通过传动装置连接，柔性腔体通过管路一与液压马达的腔体一端连通，液压马达的腔体另一端通过管路二与通海孔连通。本发明柔性腔式的海洋波浪能发电装置中，柔性腔体与波浪直接接触，波浪力直接施加于柔性腔体，能够最大限度的收集外部波浪作用力；通过柔性腔的容积交替变化，交替产生进出流量，从而提供较为可观的能量供应，通过液压马达驱动发电机，转换成电力，能够持续、有效供应AUV等海洋结构物的航行、仪器观测、以及其它作业活动。

Description

一种柔性腔式的海洋波浪能发电装置

技术领域

本发明属于海洋波浪能发电装置领域，尤其涉及一种柔性腔式的海洋波浪能发电装置。

背景技术

    小型海洋航行器，包括AUV（Autonomous Underwater Vehicle，自主水下航行器），水下滑翔机（Glider），波浪能滑翔机（Wave Glider）等形式，用于观测海洋系统的各种技术参数，需要长期在海洋中航行。能源供应是一个重要的制约因素，AUV和水下滑翔机通常携带电池，受电池容量的限制，海上航行期限受到限制，电池耗尽时，必须回收航行器以更换电源，才能开始下一次的任务。水下滑翔机由于采用极为节能的水下滑翔运动形式，航行周期长，但由于没有随身携带的可持续的能源供应，也必须到期回收。波浪能滑翔机是一种水面航行器，通过一定的机械结构设计，能够收集海洋波浪能，转换为推进动力，持续航行，无需回收。

小型海洋航行器等海洋结构物，在海洋波浪的作用下产生振动，振动发电是一种可选技术。然而航行器的尺寸有限，加之海洋波浪频率较低，通常的振动发电装置发电能力微弱，缺乏实用价值。

发明内容

本发明针对现有海洋波浪能发电装置发电效率低，难以为小型海洋航行器提供持续、充足的推进动力的问题，提供一种柔性腔式的海洋波浪能发电装置，为小型海洋航行器提供动力，使小型海洋航行器能够持续航行，无需回收。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种柔性腔式的海洋波浪能发电装置，用于驱动海洋结构物，该装置包括柔性腔体、液压马达、发电机，液压马达和发电机均固定在海洋结构物的内部，液压马达与发电机之间通过传动装置连接，柔性腔体通过管路一与液压马达的腔体一端连通，液压马达的腔体另一端通过管路二与通海孔连通。

按上述技术方案，管路一由单向阀一和单向阀二组成，管路二由单向阀三和单向阀四组成，单向阀一的输入端与柔性腔体连通，单向阀一的输出端与液压马达的腔体一端连接，单向阀二的输出端与单向阀一的输入端连通，单向阀三的输出端与单向阀一的输出端连通，单向阀三的输入端与单向阀四的输出端连通，单向阀四的输入端与单向阀二的输入端连通，单向阀三的输入端与通海孔连通。

按上述技术方案，所述传动装置为轴承或者皮带。

按上述技术方案，所述柔性腔体、液压马达、发电机、传动装置的数目均为2个，2个柔性腔体分别对称安置在海洋结构物的上、下表面。

按上述技术方案，还包括弹簧，弹簧的一端固定在海洋结构物内设置的沟槽中，朝向柔性腔体侧伸缩。

按上述技术方案，柔性腔体为橡胶材料。

本发明产生的有益效果是：本发明柔性腔式的海洋波浪能发电装置中的柔性腔体与波浪直接接触，波浪力直接施加于柔性腔体，能够最大限度的收集外部波浪作用力；通过柔性腔的容积交替变化，交替产生进出流量，从而提供较为可观的能量供应，通过液压马达驱动发电机，转换成电力，供应AUV等海洋结构物的航行、仪器观测、以及其它作业活动。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施例中海洋结构物上设置柔性腔体的示意图；

图2为本发明实施例柔性腔式的海洋波浪能发电装置的结构示意图；

图3为本发明实施中单向阀式的管路一、管路二的管路原理图；

图4为本发明实施中海洋结构物双面安装柔性腔体的形式示意图；

图5为防止柔性腔体紧贴海洋结构物表面的弹簧形式的附属结构示意图；

图6为防止柔性腔体紧贴海洋结构物表面的沟槽凸起形式的附属结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中，提供一种柔性腔式的海洋波浪能发电装置，用于驱动海洋结构物，如图1、图2所示，该装置包括柔性腔体108、液压马达105、发电机107，液压马达和发电机均固定在海洋结构物101的内部，液压马达与发电机之间通过传动装置106连接，柔性腔体通过管路一102与液压马达的腔体一端连通，液压马达的腔体另一端通过管路二103与通海孔104连通。柔性腔体108内部充满液体。海洋结构物101可以是各种结构形式，如圆柱体形或者长方体形。海洋结构物101及其包括柔性腔体108在内的附属物可以浮在水面，或者悬浮在水面以下。柔性腔体108可以在海洋波浪的作用下产生挤压/恢复交替变形，使得柔性腔体108的内部容积交替变化，交替的排出/吸入液体，类似于容积式的液压泵。柔性腔体108挤压变形前/恢复后如图1所示，变形后如图2所示。

柔性腔体通过管路一102接入液压马达105，并通过管路二103以及通海孔104与外界的水环境相通。液压马达105通过传动装置106与发电机107连接。在柔性腔体108的内部容积交替变化的过程中，内部液体交替排出/吸入，驱动液压马达转动，液压马达继而与发电机相连，驱动发电机旋转发电，产生电力。

图2方案中的液压马达105交替的正转/反转，为使得液压马达105单向转动，可以通过增设4个单向阀实现，分别为单向阀一203、单向阀二204、单向阀三205、单向阀四206，其连接形式如图3所示。其中，管路一由单向阀一和单向阀二组成，管路二由单向阀三和单向阀四组成，单向阀一的输入端与柔性腔体连通，单向阀一的输出端与液压马达的腔体一端连接，单向阀二的输出端与单向阀一的输入端连通，单向阀三的输出端与单向阀一的输出端连通，单向阀三的输入端与单向阀四的输出端连通，单向阀四的输入端与单向阀二的输入端连通，单向阀三的输入端与通海孔连通。在柔性腔体108的内部容积交替变化的过程中，其内部交替形成正压/负压，驱动液体始终从管路三201流入液压马达105，从管路四202流出液压马达105。

进一步地，传动装置为轴承或者皮带。液压马达105通过轴承或者皮带等传动装置106与发电机107连接。

进一步地，柔性腔体、液压马达、发电机、传动装置的数目均为2个，2个柔性腔体分别对称安置在海洋结构物的上、下表面。对于悬浮于水面以下的海洋结构物，可以在海洋结构物101的上、下表面各自安装设置一套柔性腔体以及液压马达、发电机和管路及传动系统，同时捕获波浪能量发电，如图4所示，在海洋结构物101的上表面安装的柔性腔体121。

本发明实施例装置中，还包括弹簧，弹簧的一端固定在海洋结构物内设置的沟槽中，朝向柔性腔体侧伸缩。为防止柔性腔体被挤压时紧贴海洋结构物101的表面，形成局部真空，使得柔性腔体不能正常恢复，可以在海洋结构物101或其表面设置一些附属结构，避免柔性腔体完全紧贴海洋结构物101的表面。可以采用图5所示的弹簧301形式，弹簧较软，刚度小，或者采用图6所示的凸起1011上的沟槽302形式。

柔性腔体108可选用弹性好、刚度小的橡胶材料，制造成流线外形，通过胶粘或机械固定等手段与海洋结构物连接。在工作过程中，柔性腔体需要与外界的水环境进行液体交换，在海洋环境下，初始启用时，可以为柔性腔体充注海水。柔性腔体与外部海水之间紧密接触，不会产生空穴，在海洋波浪波峰/波谷的交替作用下，海洋波浪产生的正负压力交替驱动柔性腔体挤压和恢复，从而驱动柔性腔内部容积的交替变化。

本发明意在为水下/水面小型海洋航行器等海洋运动体（海洋结构物）提供波浪能发电装置。通过在海洋结构物的底部设置柔性腔体，内部充满液体，在海洋波浪的作用下，产生挤压/恢复交替变形，使得柔性腔体的内部容积交替变化，交替的排出/吸入液体，类似于容积式的液压泵。柔性腔体通过管路接入液压马达，驱动液压马达转动；液压马达继而与发电机相连，驱动发电机旋转发电，产生电力，供应航行器航行以及为仪器供电。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种柔性腔式的海洋波浪能发电装置，用于驱动海洋结构物，其特征在于，该装置包括柔性腔体、液压马达、发电机，液压马达和发电机均固定在海洋结构物的内部，液压马达与发电机之间通过传动装置连接，柔性腔体通过管路一与液压马达的腔体一端连通，液压马达的腔体另一端通过管路二与通海孔连通。

2.根据权利要求1所述的柔性腔式的海洋波浪能发电装置，其特征在于，管路一由单向阀一和单向阀二组成，管路二由单向阀三和单向阀四组成，单向阀一的输入端与柔性腔体连通，单向阀一的输出端与液压马达的腔体一端连接，单向阀二的输出端与单向阀一的输入端连通，单向阀三的输出端与单向阀一的输出端连通，单向阀三的输入端与单向阀四的输出端连通，单向阀四的输入端与单向阀二的输入端连通，单向阀三的输入端与通海孔连通。

3.根据权利要求1或2所述的柔性腔式的海洋波浪能发电装置，其特征在于，所述传动装置为轴承或者皮带。

4.根据权利要求1所述的柔性腔式的海洋波浪能发电装置，其特征在于，所述柔性腔体、液压马达、发电机、传动装置的数目均为2个，2个柔性腔体分别对称安置在海洋结构物的上、下表面。

5.根据权利要求3所述的柔性腔式的海洋波浪能发电装置，其特征在于，还包括弹簧，弹簧的一端固定在海洋结构物内设置的沟槽中，朝向柔性腔体侧伸缩。

6.根据权利要求5所述的柔性腔式的海洋波浪能发电装置，其特征在于，所述柔性腔体为橡胶材料。