CN106438182B - 一种波浪能发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种波浪能发电装置，属于发电装置领域。该波浪能发电装置包括水轮发电机组及至少一套波浪能抽水组件，波浪能抽水组件包括高压空气缓冲储水室及多个用于将海水加压后单向注入高压空气缓冲储水室的抽水机；高压空气缓冲储水室包括设于海中的储水室，储水室的内部设有空腔，空腔通过管道与水轮发电机组连通，各个抽水机分别通过设有单向阀的管道与空腔连通。该波浪能发电装置能够将起伏不定的波浪势能转化为电能，本发电装置采用分散抽水然后集中推动同一水轮发电机组发电的模式，使得波浪能抽水组件成为本发电装置主要的投资构成部分，而波浪能抽水组件不包含电器设备，造价低廉，故本发电装置产出投入比高，在经济上具有可行性。
Description
技术领域
本发明涉及发电装置，尤其涉及一种利用波浪能抽取海水进而用来发电的波浪能发电装置。
背景技术
广阔的大海蕴藏着丰富的能源，如潮汐能，海流能，波浪能，温差能，盐度差能等等，在常规能源日益匮乏，环境保护与经济发展的矛盾日益尖锐的当今，可再生能源的利用越来越体现出其价值，在上述各种海洋能中，波浪能因其存在的广泛性而受到了人们的重视。近百年来，世界各地的发明家们对波浪能发电进行了广泛的研究和探索，有些成果已经在诸如航标灯塔等特殊环境中实现了商业应用。然由于投资产出比太大，海洋环境恶劣，设备维护成本太高等原因，许多设想乃至各种专利尚处于实验室或探索性试运行阶段，真正在经济上具有可行性，能在普通海洋环境中实现规模化应用的方案尚未出现。
发明内容
本发明提供了一种波浪能发电装置，能够利用波浪能抽取海水进而推动水轮发电机组发电。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种波浪能发电装置，包括水轮发电机组及至少一套波浪能抽水组件，波浪能抽水组件包括高压空气缓冲储水室及多个用于将海水加压后单向注入高压空气缓冲储水室的抽水机；高压空气缓冲储水室包括设于海中固定深度的储水室，储水室的内部设有空腔，空腔通过管道与水轮发电机组连通，各个抽水机分别通过设有第一单向阀的管道与空腔连通。
进一步的，抽水机包括设于海中固定深度的抽水机缸筒，抽水机缸筒内设有加压腔，加压腔通过设有第一单向阀的管道与空腔连通，抽水机缸筒还开设有连通加压腔的进水口，进水口外设有过滤网，进水口与加压腔之间设有第二单向阀，加压腔内设有可沿抽水机缸筒轴向移动的活塞，活塞连接有连杆，连杆的另一端贯穿出抽水机缸筒的一端端面并连接有浮在海面的动力浮球。
进一步的，抽水机包括设于海中固定深度的抽水机缸筒，抽水机缸筒内设有加压腔，加压腔通过设有第一单向阀的管道与空腔连通，抽水机缸筒还开设有连通加压腔的进水口，进水口外设有过滤网，进水口与加压腔之间设有第二单向阀，加压腔内设有可沿抽水机缸筒轴向移动的活塞，抽水机还包括与抽水机缸筒连接的框架，框架上设有可转动的转轴，转轴的一端套设有齿轮，活塞的一端贯穿出抽水机缸筒的一端端面并设有重锤，活塞位于抽水机缸筒外的部分表面还设有与齿轮啮合的齿条，转轴上还套设有滚轮，滚轮上绕设有拉绳，拉绳的一端连接滚轮，拉绳的另一端连接有浮在海面的动力浮球。
进一步的，滚轮的直径是齿轮的直径的2-10倍。
进一步的，储水室和抽水机分别与海底通过绳索连接，储水室连接有第一悬浮球，抽水机连接有第二悬浮球，第一悬浮球和第二悬浮球的顶部与海面的距离均大于1/2(潮差+海浪的最大波幅)。
进一步的，空腔通过管道连通有蓄水池，蓄水池的海拔为10-30m。
与现有技术相比，本发明提供的波浪能发电装置的优点在于，本波浪能发电装置采用分散抽水然后集中推动同一水轮发电机组发电的模式，使得波浪能抽水组件成为本发电装置主要的投资构成部分，而波浪能抽水组件不包含电器设备，且较高的水压设计使其结构紧凑，故本发电装置造价低廉，产出投入比高，从而在经济上具有可行性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的波浪能发电装置的结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的波浪能抽水组件的结构示意图；
图3为本发明实施例2提供的波浪能抽水组件的结构示意图。
图中：100、水轮发电机组；200、波浪能抽水组件；300、高压空气缓冲储水室；310、空腔；320、储水室；330、第一悬浮球；400、抽水机；410、抽水机缸筒；420、加压腔；430、进水口；431、第二单向阀；432、过滤网；440、活塞；450、动力浮球；461、连杆；462、框架；463、转轴；464、齿轮；465、重锤；466、齿条；467、滚轮；468、拉绳；470、第二悬浮球；500、第一单向阀；700、蓄水池。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例1
如图1和图2所示，本发明提供了一种波浪能发电装置，包括水轮发电机组100及3个用于将海水输送至水轮发电机组100的波浪能抽水组件200，波浪能抽水组件200包括高压空气缓冲储水室300及8个与高压空气缓冲储水室300连通的抽水机400；
高压空气缓冲储水室300包括设于海中固定深度的储水室320，储水室320与海底桩基通过绳索连接，储水室320还连接有中空的第一悬浮球330，第一悬浮球330顶部与海面的距离大于1/2(潮差+海浪的最大波幅)，潮差是指某海域最高潮海平面与最低潮海平面的高度差。储水室320的内部设有空腔310，空腔310通过管道和阀门与水轮发电机组100连通，各个抽水机400分别通过设有第一单向阀500的管道与空腔310连通；空腔310通过管道和阀门连通有蓄水池700，蓄水池700的海拔为30m。
抽水机400包括设于海中固定深度的抽水机缸筒410，抽水机缸筒410通过绳索与海底桩基连接，抽水机缸筒410还连接有中空的第二悬浮球470，第二悬浮球470顶部与海面的距离大于1/2(潮差+海浪的最大波幅)，抽水机缸筒410内设有加压腔420，加压腔420通过设有第一单向阀500的管道与空腔310连通，抽水机缸筒410还开设有连通加压腔420的进水口430，进水口430外设有过滤网432，进水口430与加压腔420之间设有第二单向阀431，加压腔420内设有可沿抽水机缸筒410轴向移动的活塞440，活塞440连接有连杆461，连杆461的另一端贯穿出抽水机缸筒410的一端端面并连接有浮在海面的动力浮球450。
该波浪能发电装置的工作原理是：多套波浪能抽水组件200分别抽取海水并通过管道输送至水轮发电机组100驱动水轮发电机组100运转发电，具体的，每个波浪能抽水组件均包括高压空气缓冲储水室300及8个与高压空气缓冲储水室300连通的抽水机400，8个抽水机400分别将海水加压后单向输入到高压空气缓冲储水室300的空腔310内集聚，随着空腔310内海水不断增加，空腔310内留存的空气被不断压缩，当空腔310内的海水压力达到一定程度时，空腔310内的海水便流向水轮发电机组100并推动水轮发电机组100发电。
其中，抽水机400的工作原理是：海中的波浪起伏带动浮在海面的动力浮球450起伏，当波浪下降时动力浮球450随之下降无法给予活塞440向上的拉力，活塞440在动力浮球450、连杆461及活塞440本身的重力作用下往下移动，此时，第一单向阀500封闭，第二单向阀431打开，海水经过过滤网432、进水口430和第二单向阀431进入加压腔420；当波浪上升时，动力浮球450上浮，并通过连杆461拉动活塞440上升，此时，第二单向阀431封闭，第一单向阀500在水压作用下打开，加压腔420内的海水被压入高压空气缓冲储水室300的空腔310内，完成一次输水过程。
动力浮球450随着海浪不断起伏将海水一次次单向压入到空腔310内，并最终输送到水轮发电机组100进行发电；同时当需要时，空腔310内的海水也可以被输送到岸上设置的蓄水池700内储存备用，或输送到海产养殖场、水产品加工厂、游泳池等需要使用海水的地方。此外，多套波浪能抽水组件中的所有抽水机400的动力浮球450在沿岸附近组合成消耗波浪能量的防波墙，对需要保护的海岸能起到一定的防波减灾作用。
本实施例提供的波浪能发电装置适合使用在潮差和海浪波幅均较小的海域。
实施例2
如图1和图3所示，本发明提供了一种波浪能发电装置，包括水轮发电机组100及多套用于将海水输送至水轮发电机组100的波浪能抽水组件200，波浪能抽水组件200包括高压空气缓冲储水室300及8个用于将海水加压后单向注入高压空气缓冲储水室300的抽水机400；高压空气缓冲储水室300包括设于海中固定深度的储水室320，储水室320通过绳索与海底桩基相连，储水室320还连接有中空的第一悬浮球330，第一悬浮球330顶部与海面的距离大于1/2(潮差+海浪的最大波幅)，储水室320的内部设有空腔310，空腔310与水轮发电机组100通过管道连通，各个抽水机400分别通过设有第一单向阀500的管道与空腔310连通。空腔310通过管道和阀门连通有蓄水池700，蓄水池700的海拔为30m。
抽水机400包括设于海中的抽水机缸筒410，抽水机缸筒410连接有第二悬浮球470，第二悬浮球470顶部与海面的距离大于1/2(潮差+海浪的最大波幅)，抽水机缸筒410内设有加压腔420，加压腔420通过设有第一单向阀500的管道与空腔310连通，抽水机缸筒410还开设有连通加压腔420的进水口430，进水口430外设有过滤网432，进水口430与加压腔420之间设有第二单向阀431，加压腔420内设有可沿抽水机缸筒410轴向移动的活塞440；抽水机缸筒410固定连接有框架462，框架462通过绳索与海底桩基连接，框架462上设有可转动的转轴463，转轴463的一端套设有齿轮464，活塞440的一端贯穿出抽水机缸筒410的一端端面并设有重锤465，活塞440位于抽水机缸筒410外的部分表面还设有与齿轮464啮合的齿条466，转轴463上还套设有滚轮467，滚轮467上绕设有拉绳468，拉绳468一端连接滚轮467，拉绳468的另一端穿过框架462顶部开设的小孔连接有浮在海面的动力浮球450。滚轮467的直径与齿轮464的直径比为5:1。
该波浪能发电装置的工作原理是：多套波浪能抽水组件200分别抽取海水并通过管道输送至水轮发电机组100驱动水轮发电机组100运转发电，具体的，每个波浪能抽水组件均包括高压空气缓冲储水室300及8个与高压空气缓冲储水室300连通的抽水机400，8个抽水机400分别将海水加压后单向输入到高压空气缓冲储水室300的空腔310内集聚，随着空腔310内海水不断增加，空腔310内留存的空气被不断压缩，当空腔310内的海水压力达到一定程度时，空腔310内的海水便流向水轮发电机组100并推动水轮发电机组100发电。
其中，抽水机400的工作原理是：海中的波浪起伏带动浮在海面的动力浮球450起伏，当波浪下降时动力浮球450随之下降无法给予拉绳468向上的拉力，活塞440在重锤465及活塞440本身的重力作用下克服摩擦力向下移动，并通过与齿轮464啮合的齿条466传送动力，带动齿轮464转动，并带动转轴463和滚轮467转动，滚轮467转动将松弛的拉绳468收紧。活塞440向下移动时，第一单向阀500封闭，第二单向阀431打开，海水通过过滤网432、进水口430和第二单向阀431进入加压腔420；当波浪上升时，动力浮球450上浮，并通过拉绳468拉动滚轮467反向转动，滚轮467带动转轴463和齿轮464转动，从而克服阻力驱动齿条466连同活塞440向上方移动，此时，第二单向阀431封闭，第一单向阀500在水压作用下打开，加压腔420内的海水被压入高压空气缓冲储水室300的空腔310内，完成一次输水过程。
动力浮球450随着海浪不断起伏将海水一次次单向压入到空腔310内，并最终输送到水轮发电机组100进行发电。同时当需要时，空腔310内的海水也可以被输送到岸上设置的蓄水池700内备用，或输送到海产养殖场、水产品加工厂、游泳池等需要使用海水的地方。此外，多套波浪能抽水组件中的所有抽水机400的动力浮球450浮动在沿岸附近组合成消耗波浪能量的防波墙，对需要保护的海岸能起到一定的防波减灾作用。
在本实施例中，设滚轮467的直径为D，齿轮464的直径为d，当动力浮球450升降的高度为L时，活塞440只需移动L×d/D，这减小了抽水机缸筒410的设计尺寸。因此，本实施例提供的波浪能发电装置适合使用在潮差较大或海浪波幅较大的海域。
Claims (4)
1.一种波浪能发电装置，其特征在于，包括水轮发电机组(100)及至少一套波浪能抽水组件(200)，所述波浪能抽水组件(200)包括高压空气缓冲储水室(300)及多个用于将海水加压后单向注入所述高压空气缓冲储水室(300)的抽水机(400)；所述高压空气缓冲储水室(300)包括设于海中的储水室(320)，所述储水室(320)的内部设有空腔(310)，所述空腔(310)通过管道与所述水轮发电机组(100)连通，各个所述抽水机(400)分别通过设有第一单向阀(500)的管道与所述空腔(310)连通；
所述抽水机(400)包括设于海中固定深度的抽水机缸筒(410)，所述抽水机缸筒(410)内设有加压腔(420)，所述加压腔(420)通过设有所述第一单向阀(500)的管道与所述空腔(310)连通，所述抽水机缸筒(410)还开设有连通所述加压腔(420)的进水口(430)，所述进水口(430)外设有过滤网(432)，所述进水口(430)与所述加压腔(420)之间设有第二单向阀(431)，所述加压腔(420)内设有可沿所述抽水机缸筒(410)轴向移动的活塞(440)，所述抽水机(400)还包括与所述抽水机缸筒(410)连接的框架(462)，所述框架(462)上设有可转动的转轴(463)，所述转轴(463)的一端套设有齿轮(464)，所述活塞(440)的一端贯穿出所述抽水机缸筒(410)的一端端面并设有重锤(465)，所述活塞(440)位于所述抽水机缸筒(410)外的部分表面还设有与所述齿轮(464)啮合的齿条(466)，所述转轴(463)上还套设有滚轮(467)，所述滚轮(467)上绕设有拉绳(468)，所述拉绳(468)的一端连接所述滚轮(467)，所述拉绳(468)的另一端连接有浮在海面的动力浮球(450)。
2.如权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于：所述滚轮(467)的直径是所述齿轮(464)的直径的2-10倍。
3.如权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于：所述储水室(320)和所述抽水机(400)分别与海底通过绳索连接，所述储水室(320)连接有第一悬浮球(330)，所述抽水机(400)连接有第二悬浮球(470)，所述第一悬浮球(330)和所述第二悬浮球(470)的顶部与海面的距离均大于1/2(潮差+海浪的最大波幅)。
4.如权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于：所述空腔(310)通过管道连通有蓄水池(700)，所述蓄水池(700)的海拔为10-30m。
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