CN108252848A - 一种谐振式波浪能发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种谐振式波浪能发电装置，包括密闭的浮筒(5)和振子(10)，振子(10)置于浮筒(5)内，振子(10)通过弹性体(4)悬吊于浮筒(5)的上端部，振子(10)具有中空腔，中空腔中置有风扇(9)，振子(10)将浮筒(5)分为上空腔和下空腔，振子(10)具有依次连通上空腔、中空腔和下空腔的内侧气流通道(7，13，14，18)。

Description

一种谐振式波浪能发电装置
技术领域
本发明属于新能源和再生能源领域。具体地，本发明涉及一种将波浪能转化成电能的装置。
背景技术
波浪能属于一种清洁和可再生能源，蕴藏量非常丰富，而且相比风能和太阳能，有能量密度大，持续性好等特点，是非常有潜力的新能源。但从开发的角度，波浪能的缺点也很明显，虽然能量密度大，但功率密度低，波浪的速度低，频率低，造成很难高效的转换，相对风能和太阳能，环境恶劣，需要接触水，海水更具有腐蚀性，所以目前虽然有很多的研究，开发了很多波浪能发电形式。例如：摆式、振荡水柱式、振荡浮子式等。但这些波浪能发电机构，通常成本非常高，结构相对较复杂，不能高效、可靠的实现电能的转换，所以目前应用较少。因此，本发明提出一种结构简单、可靠性高的谐振式波浪能发电装置。
发明内容
在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
针对上述存在的问题，本发明提供一种谐振式波浪能发电装置，该装置结构简单，成本低，能够高效吸收波浪能量转换成电能。
本发明的谐振式波浪能发电装置主要包括浮筒和内置的振子两个部分，浮筒随着波浪振动，内置的振子通过弹性体(例如弹簧)和浮筒连接，构成弹簧振子，通过设定振子质量和弹簧刚度，使其和波浪的频率接近，从而发生谐振，高效的吸收波浪能并转化成振子的动能。浮筒内部的容腔被振子隔离为上下两腔，振子振动过程中，上下两腔的气体被振子压缩，经过设计的气流通道吹动内置在振子中的风扇旋转，进而推动发电机产生电能。
本发明的谐振式波浪能发电装置包括：浮筒，振子；所述振子置于所述浮筒内；所述振子通过弹性体悬吊于所述浮筒的内部；所述振子具有中空腔，所述中空腔中置有风扇和发电机；所述振子将所述浮筒分为上空腔和下空腔；所述振子具有依次连通所述上空腔、所述中空腔和所述下空腔的内侧气流通道。
其中，所述弹性体可以是弹簧，或其他类型的弹性体；所述浮筒优选为圆筒状(也可以是其他合适形状)，相应的，所述振子优选为圆柱状(也可以是其他合适形状)；所述内侧气流通道可以是多条(例如2，3，4，5，6条等)。
进一步地，所述振子还具有依次连通所述上空腔和所述下空腔的外侧气流通道。
其中，所述外侧气流通道也可以是多条(例如2，3，4，5，6条等)。
进一步地，所述内侧气流通道与所述上空腔连通的端部设置有单向阀，该单向阀仅允许气流由下空腔经由中空腔向上空腔流动；所述外侧气流通道与所述下空腔连通的端部设置有单向阀，该单向阀仅允许气流由上空腔向下空腔流动。从而实现气流单方向吹过风扇，保证风扇始终朝一个方向旋转。
其中，上述单向阀可以是薄片式单向阀，也可以是其他类型的单向阀。
进一步地，所述浮筒的上端部设置有浮标。所述浮标能够保证发电装置在海洋中不会倾翻，保证发电装置在垂直位置工作，同时增大和波浪的接触面积，提高波浪能的吸收效率。
进一步地，所述振子的外表面周向设置有沟槽，用于装配导向带，阻断气流经由所述振子的外表面与所述浮筒的内壁之间的间隙流动，同时减小振子运动过程的摩擦。
其中，所述沟槽可以是1圈，2圈，3圈或其他合适的数目。
其中，所述沟槽可以设置在所述振子的上部，也可设置在所述振子的下部，也可在振子的上部、下部均设置，也可仅设置在振子的中部，沟槽设置位置可以适当调整。
进一步地，所述浮筒具有上端盖和下端盖。所述振子可通过弹性体悬吊于所述上端盖。
进一步地，所述振子内部放置风力发电机；所述风扇通过风力发电机轴与所述风力发电机连接。
进一步地，所述风力发电机的导电线经由所述浮筒的上端盖导出。
进一步地，所述风力发电机轴上设置有飞轮，可以稳定风扇的转速，避免间歇性气流吹过风扇导致的风扇速度频繁变化。
本发明的谐振式波浪能发电装置的工作原理：
谐振式波浪能发电装置的浮筒随波浪上下振动，内置的振子和弹簧与浮筒的上下运动发生谐振，上下做简谐振动。密闭浮筒被振子分成上下两部分。振子向下运动时，振子在其重力的辅助下，运动较快，振子下部的密闭空腔内的气体被压缩，由于外侧气流通道的单向阀不允许气流从下向上通过，空气只能从内侧气流通道通过，从而驱动风扇。考虑了气体流速和阻力两个因素，内侧气流通道在设计时通过设计流道的面积，尽可能使风扇获得较大的速度，进而带动风力发电机发电，产生电能。然后空气又冲开单向阀，流到密闭浮筒的上部分。最终，振子运动到达其位移的下极限位置，但此时振子所受合力向上，具有向上的加速度。
振子向上运动时，还要克服重力做功，压缩密闭浮筒上部分空气的能力相对向下运动时较低。为了避免复杂的结构设计和风扇的运动方向不同的问题，本发明的发电装置舍弃振子向上运动时能量的收集，而是让空气沿着外侧气流通道冲开单向阀流到密闭浮筒的下部分。但此时，由于发电机轴上飞轮的存在，风扇旋转惯性较大，所以仍一直按原来的运动方向旋转，带动发电机发电。最终，振子运动到达其位移的上极限位置。
此后，谐振式波浪能发电装置在海洋波浪能的作用下按上述原理进行工作，无论振子向哪个方向运动，风扇一直按同一个方向旋转，带动发电机发电。
本发明的优点：结构简单，成本低，柔性好，将波浪能这一可再生能源转化为电能。
附图说明
参照下面结合附图对本发明具体实施方式的说明，会更加容易地理解本发明的目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。
图1本发明的谐振式波浪能发电装置具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合图1对本发明的谐振式波浪能发电装置做详细说明。
谐振式波浪能发电装置包括密闭的浮筒5，振子10；振子10置于浮筒5内，振子10通过弹簧4悬吊于浮筒5的上端部，振子10具有中空腔，所述中空腔中置有风扇9，振子10将浮筒5分为上空腔和下空腔。浮筒5的上端部设置有浮标3。浮筒5具有上端盖2和下端盖12。弹簧4悬吊的重物，构成振子10。在本实施方式中，浮筒5由圆筒5实现。
振子10具有依次连通所述上空腔、所述中空腔和所述下空腔的内侧气流通道7，13，14，18。振子10还具有依次连通所述上空腔和所述下空腔的外侧气流通道8，15。
内侧气流通道7，13，14，18与所述上空腔连通的端部设置有单向阀(如图1)，该单向阀仅允许气流由下空腔经由中空腔向上空腔流动。外侧气流通道8，15与所述下空腔连通的端部设置有单向阀，该单向阀仅允许气流由上空腔向下空腔流动。
振子10呈圆柱状，为了使振子易于装配，振子6与圆筒5采用间隙配合，振子10的外表面周向加工有两圈沟槽，用于装配导向带6，借导向带来实现密封，阻断气流经由振子10的外表面与圆筒5的内壁之间的间隙流动。
振子10内部设置托架，用于放置风力发电机19，风扇9通过风力发电机轴17与风力发电机19连接。
风力发电机19的导电线1经由圆筒5的上端盖2导出。
风力发电机轴17上设置有飞轮16。
上述发电装置能够实现将波浪低频、低速大功率运动能转换为连续高速旋转运动，用于发电，提高了波浪能发电效率。
显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种谐振式波浪能发电装置，其特征在于，包括：
浮筒(5)，
振子(10)；
所述振子(10)置于所述浮筒(5)内；
所述振子(10)通过弹性体(4)悬吊于所述浮筒(5)的上端部；
所述振子(10)具有中空腔，所述中空腔中置有风扇(9)；
所述振子(10)将所述浮筒(5)分为上空腔和下空腔；
所述振子(10)具有依次连通所述上空腔、所述中空腔和所述下空腔的内侧气流通道(7，13，14，18)。
2.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，
所述振子(10)还具有依次连通所述上空腔和所述下空腔的外侧气流通道(8，15)。
3.根据权利要求1或2所述的发电装置，其特征在于，
所述内侧气流通道(7，13，14，18)与所述上空腔连通的端部设置有单向阀，该单向阀仅允许气流由下空腔经由中空腔向上空腔流动。
4.根据权利要求2所述的发电装置，其特征在于，
所述外侧气流通道(8，15)与所述下空腔连通的端部设置有单向阀，该单向阀仅允许气流由上空腔向下空腔流动。
5.根据权利要求1至4任一项所述的发电装置，其特征在于，
所述浮筒(5)的上端部设置有浮标(3)。
6.根据权利要求1至4任一项所述的发电装置，其特征在于，
所述振子(10)的外表面周向设置有沟槽，用于装配导向带(6)，阻断气流经由所述振子(10)的外表面与所述浮筒(5)的内壁之间的间隙流动。
7.根据权利要求1-4任一项所述的发电装置，其特征在于，
所述浮筒(5)具有上端盖(2)和下端盖(12)。
8.根据权利要求1-4任一项所述的发电装置，其特征在于，
所述振子(10)内部设置风力发电机(19)；所述风扇(9)通过风力发电机轴(17)与所述风力发电机(19)连接。
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