CN109098921A - 一种微幅波浪能蓄集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微幅波浪能蓄集装置，包括浮子，浮子上安装有摆板，摆板连接有第一滑块，第一滑块设置在腔体内，连杆深入到腔体内与第一滑块连接；在腔体的另一侧，腔体上设置有进水口和出水口；在进水口处，腔体内侧设置有活动挡板；出水口连接有导管；浮子边设置有水罐，导管与水罐连接，水罐底部活动安装，使水罐能够翻转；水罐上方安装有支架，支架通过第一弹簧与水罐连接，第一弹簧使水罐保持倾斜；导管向水罐输送水；浮子通过第二连杆与杠杆连接，杠杆还连接有液压缸的活塞，液压缸的两端分别连接有油箱、储能器；对于本装置，即使很小的波浪能量也能够得到有效利用，提高能量转换效率，而且整套装置结构简单，成本较低。

Description

一种微幅波浪能蓄集装置

技术领域

本发明涉及一种微幅波浪能蓄集装置，属于海洋能发电技术领域。

背景技术

现在的能源主要是以煤炭、石油为主的化石燃料，这些都是不可再生能源，且在提供能量的同时会造成环境污染，所以开发新能源已经成为刻不容缓的事情。

海洋占地球表面积的71％，其间蕴藏着丰富的能量，主要以潮汐能、波浪能、盐差能和温差能的形式存在。从开发成本、技术难度以及能量密度上来看，相较于其他能源而言，波浪能具有很广阔的开发前景。波浪能是海水动能和势能的统称，根据它的产生原理，我们可以了解到波浪能具有能量密度高、分布面广等优点，所以波浪能的开发在新能源中占据很重要的位置。

目前，在波浪能的开发中，根据装置的工作原理大致可以分为三类：振荡水柱式、振荡浮子式和越浪式。主流的振荡浮子内部结构比较复杂，制作成本较高，且对波浪环境的要求严格，需要较大的风浪才能达到发电的效果。如申请公布号为CN106949003A的专利文献公开的振荡浮子发电装置，该装置将海浪的波浪能转换为发电装置的电能，该装置便利用了结构相对复杂的振荡浮子。鉴于以上原因，开发一种在小幅波下也能对能量进行有效收集，并使液压缸正常运动的波浪能发电装置很有必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种微幅波浪能蓄集装置，该装置提高了波浪转换效率。

为了达到上述技术目的，本发明的技术方案是：

一种微幅波浪能蓄集装置，包括浮子，所述浮子上活动安装有摆板，所述摆板背波面通过连杆连接有第一滑块，所述第一滑块设置在腔体(可以为封闭腔体)内，在所述腔体一侧，所述连杆深入到腔体内与第一滑块连接；在所述腔体的另一侧，所述腔体上设置有一个或多个进水口和一个或多个出水口；在所述进水口处，所述腔体内侧设置有活动挡板，所述挡板阻挡腔体内的水通过进水口流出，所述腔体外的水可以通过进水口进入腔体内；所述出水口连接有导管；所述浮子边设置有水罐，所述导管与水罐连接，所述水罐底部活动安装，使水罐能够翻转，如所述水罐底部通过轴承安装或铰链安装，使所述水罐沿轴承或铰链翻转；所述水罐上方安装有支架，所述支架通过第一弹簧与水罐连接，所述第一弹簧使水罐保持倾斜；导管不断向水罐输送水，当水罐内的水量达到一定量时，水罐翻转，第一弹簧被拉伸，水罐内的水从水罐开口流出；水罐内的水流出后，第一弹簧恢复，使水罐复位。

水罐也是专门设计的，前部(开口部)大，后部小，在水足够多的时候，重心前移，使得水罐发生偏转；前端开口，后端封闭，水罐发生偏转的时候将水直接放出，快速便捷。

所述浮子通过第二连杆与杠杆一端连接，所述杠杆安装在杠杆支座上，所述杠杆的另一端连接有液压缸的活塞，所述液压缸安装在液压缸支座上，所述液压缸的两端分别连接有油箱、储能器。

所述杠杆为两个，所述浮子分别通过两个第二连杆分别与杠杆一端连接，所述杠杆分别安装在杠杆支座上，所述杠杆的另一端分别连接有液压缸的活塞，所述液压缸分别安装在液压缸支座上，所述液压缸的两端分别连接有油箱、储能器。即采用双向油缸并联的方式，从而加快了能量的转化

所述杠杆连接有第三弹簧，所述第三弹簧与弹簧底座连接。杠杆上使用第三弹簧调节装置固有频率，使其与波浪频率相同达到共振。

浮子上升，带动连杆转动，连杆把力传递给杠杆，杠杆的动力臂与阻力臂之比为6:1(不限定其他比例)，支点处与杠杆支座铰接；动力臂距离支点一段距离安装有弹簧，用于调节系统的固有频率；杠杆作用下，浮子的推力进一步放大，带动并联的双向液压缸往复运动，为蓄能器充油。

作为优选，所述水罐设置在浮子上，所述水罐底部通过轴承安装在浮子上。

为了固定导管，避免导管固定给水罐翻转带来问题，所述水罐上部设置有长槽口，所述导管设置在长槽口内。

为了减少摆板摆动过程中海水阻力，缩短摆板复位过程，所述腔体内设置有第二滑块，所述第一滑块通过第二弹簧与第二滑块连接。

所述摆板迎波面的底部为弯曲的弧形，所述摆板背波面为曲面形。所述摆板迎波面的底部为弯曲的弧形，摆板迎波面底部弯曲，与竖直平面相比，使得波浪激振力尽可能垂直作用在摆板上，使摆板转动角度更大。所述摆板背波面为曲面形，摆板背波面呈曲线设计，减少了摆动过程中水的阻力。

为了有效地收集小幅波，提高波浪转换效率，所述浮子包括左浮子体和右浮子体，所述左浮子体和右浮子体之间具有工作空腔，所述摆板设置在工作空腔，所述左浮子体左侧设置有左挡板，所述右浮子体右侧设置有右挡板，所述左浮子体、右浮子体后侧设置有后挡板，所述左浮子体、右浮子体上方设置有上挡板，所述左浮子体、右浮子体下方设置有下挡板。

所述左浮子体与波浪接触面由一个或多个弧面构成，所述右浮子体与波浪接触面由一个或多个弧面构成，沿进水方向，所述工作空腔为前宽后窄形状。浮子前端开口处需要安装摆板，为了使得摆板受力范围尽可能大一些，前宽后窄的浮子设计，浮子前端与集浪板相切，减小阻力。

为了扩大波浪的收集范围，所述左浮子体前端设置有外扩的弧形左集浪板，所述右浮子体前端设置有外扩的弧形右集浪板。所述左集浪板、右集浪板之间的夹角为130°。

为了减少浮子与集浪板之间的摩擦，所述左集浪板与左浮子体前端相切，所述右集浪板与右浮子体前端相切。

小幅波在行进过程中，推动浮子中间的摆板摆动。摆板带动连杆使得与之相连的第一滑块(第二滑块)滑动，腔体上设置有进水口，在活动挡板作用下，海水只能从进水口流进腔体内，腔体内的海水无法从进水口流出。在第一滑块(或第二滑块)的推动下，腔体中的海水通过出水口、导管压入浮子上方的水罐中。水罐通过轴承(或铰链)和第一弹簧倾斜安装在浮子上，海水通过导管流入水罐内，逐渐聚集在水罐底部。当水罐中的水达到一定量(如水罐容积的0.45)的时候，水罐绕铰链旋转(例如旋转45°)，将所蓄的水从前端开口处全部排出，浮子上升，水的重力势能转化为浮子的动能，水罐在第一弹簧弹力作用下完成复位。

本发明最大的优点就是能够对小幅波进行更加有效的利用，双船型浮子在行进波势能不足以使振荡浮子做垂荡运动的时候收集动能，转化为海水的重力势能储存在水罐中，能量收集到一定程度，再将其转化为提供浮子做垂荡运动的动能，浮子的推力经过杠杆进一步放大，推动液压缸往复运动。整个装置扩大了波浪能的收集范围，提高了波浪能转换效率。

本发明首先对振荡浮子进行改进，使其能够收集小幅行进波的能量，此为一级放大；再利用杠杆原理，将浮子对连杆的推力放大，带动液压缸往复运动，此为二级放大。这样即使很小的波浪能量也能够得到有效利用，大大提高了能量转换效率，而且整套装置结构简单，成本较低，可以大规模生产。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为水罐与浮子示意图。

图3为摆板传动结构示意图。

图4为浮子示意图。

图5为浮子另一角度示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-5所示，一种微幅波浪能蓄集装置，包括浮子1，为了有效地收集小幅波，提高波浪转换效率，如图4、5所述浮子1包括左浮子体19和右浮子体20，所述左浮子体19和右浮子体20之间具有工作空腔21，所述摆板2设置在工作空腔21，所述左浮子体19左侧设置有左挡板25，所述右浮子体20右侧设置有右挡板26，所述左浮子体19、右浮子体20后侧设置有后挡板28，所述左浮子体19、右浮子体20上方设置有上挡板27，所述左浮子体19、右浮子体20下方设置有下挡板29，下挡板29上设置有安装口30(可以用于安装摆板2或腔体7)。

所述左浮子体19与波浪接触面由一个或多个弧面24构成，所述右浮子体20与波浪接触面由一个或多个弧面24构成，沿进水方向，所述工作空腔21为前宽后窄形状。浮子1前端开口处需要安装摆板2，为了使得摆板2受力范围尽可能大一些，前宽后窄的浮子1设计，浮子1前端与集浪板相切，减小阻力。

为了扩大波浪的收集范围，所述左浮子体19前端设置有外扩的弧形左集浪板22，所述右浮子体20前端设置有外扩的弧形右集浪板23。所述左集浪板22、右集浪板23之间的夹角为130°。

为了减少浮子1与集浪板之间的摩擦，所述左集浪板22与左浮子体19前端相切，所述右集浪板23与右浮子体20前端相切。

所述浮子1上活动安装有摆板2(具体过转轴14安装在工作空腔21)，所述摆板2迎波面的底部为弯曲的弧形，所述摆板2背波面为曲面形。所述摆板2迎波面的底部为弯曲的弧形，摆板2迎波面底部弯曲，与竖直平面相比，使得波浪激振力尽可能垂直作用在摆板2上，使摆板2转动角度更大。所述摆板2背波面为曲面形，摆板2背波面呈曲线设计，减少了摆动过程中水的阻力。

如图3所示，所述摆板2背波面通过连杆连接有第一滑块6，所述第一滑块6设置在腔体7(可以为封闭腔体)内，在所述腔体7一侧，所述连杆5深入到腔体7内与第一滑块6连接。为了减少摆板2摆动过程中海水阻力，缩短摆板2复位过程，所述腔体7内设置有第二滑块17，所述第一滑块6通过第二弹簧15与第二滑块17连接。在所述腔体7的另一侧，所述腔体7上设置有一个或多个进水口18和一个或多个出水口；在所述进水口18处，所述腔体7内侧设置有活动挡板16，所述挡板16阻挡腔体7内的水通过进水口18流出，所述腔体7外的水可以通过进水口18进入腔体7内；所述出水口连接有导管8。

如图2所示，所述浮子2上设置有水罐9，具体地，所述水罐9底部通过轴承或铰链11安装在浮子2上。所述导管8与水罐9连接，当固定导管8时，避免导管8固定给水罐9翻转带来问题，所述水罐9上部设置有长槽口，所述导管8设置在长槽口内。所述水罐9底部通过轴承或铰链11安装，所述水罐9沿轴承或铰链11翻转；所述水罐9上方安装有支架12，所述支架12通过第一弹簧13与水罐9连接，所述第一弹簧13使水罐9保持倾斜；导管8不断向水罐9输送水，当水罐9内的水量达到一定量时，水罐9翻转，第一弹簧13被拉伸，水罐9内的水从水罐9开口流出；水罐9内的水流出后，第一弹簧13恢复，使水罐9复位。

如图1所示，所述浮子1通过第二连杆31与杠杆32一端连接，所述杠杆32安装在杠杆支座33上，所述杠杆32的另一端连接有液压缸39的活塞37，所述液压缸39安装在液压缸支座38上，所述液压缸39的两端分别连接有油箱36、储能器40。

所述杠杆32为两个，所述浮子1分别通过两个第二连杆31分别与杠杆32一端连接，所述杠杆32分别安装在杠杆支座33上，所述杠杆32的另一端分别连接有液压缸39的活塞37，所述液压缸39分别安装在液压缸支座38上，所述液压缸39的两端分别连接有油箱36、储能器40。

所述杠杆32连接有第三弹簧35，所述第三弹簧35与弹簧底座34连接。

使用时，小幅波推动浮子1中间的摆板2摆动。摆板2带动连杆5使得与之相连的第一滑块6(第二滑块17)滑动，腔体7上设置有进水口18，在活动挡板16作用下，海水只能从进水口18流进腔体7内，腔体7内的海水无法从进水口18流出。在第一滑块6(或第二滑块17)的推动下，腔体7中的海水通过出水口、导管8压入浮子上方的水罐9中。水罐9通过轴承或铰链11和第一弹簧13倾斜安装在浮子1上，海水通过导管8流入水罐9内，逐渐聚集在水罐9底部。当水罐9中的水达到一定量(如水罐9容积的0.45)的时候，水罐9绕铰链11旋转(例如旋转45°)，将所蓄的水从前端开口10处全部排出，浮子1上升，水的重力势能转化为浮子1的动能，水罐9在第一弹簧13弹力作用下完成复位。

本专利主要将小幅行进波的能量转化为带动液压缸运动的机械能，整个过程分为两个阶段，第一阶段是对小幅行进波的动能进行收集，第二阶段是利用杠杆原理将浮子推力放大带动活塞运动。一般情况下，振荡浮子很难对低于0.5m的浪进行有效的收集。相比于波幅较大的浪而言，小幅波所具备的能量小很多，如果可以将大量小幅波所具备的能量收集起来，也是一个可观的量级。通过杠杆将收集的能量进行传递，把浮子的推力被进一步放大，并带动活塞运动，实现波浪能到机械能的转化。

如图1所示，做垂荡运动的浮子1，固定在浮子1上的支架12，收集海水的水罐9，连接水罐9和支架12的第一弹簧13，使波浪聚集的集浪板，在波浪作用下往复摆动的摆板2，具有单向阀功能的第一滑块6、第二滑块17，连接滑块与摆板的连杆5，第一滑块6、第二滑块17在腔体7中运动，导管8用于引流，将密封腔体7中的水压入水罐9。浮子1垂荡运动，在第二连杆31的传动下，杠杆32绕杠杆支座33转动，杠杆32的另一端带动液压缸39活塞37往复运动，液压缸39缸体可以绕液压缸支座38转动，最后将油蓄集到蓄能器40中，为蓄能器40充油。

整个过程为：在集浪板(左集浪板22、右集浪板23)的聚集作用下，行进波推动摆板往复运动，第一滑块6、第二滑块17通过连杆5与摆板2相连，在摆板2的作用下，第一滑块6、第二滑块17在密封腔体7内来回滑动；摆板呈弯曲状设计，主要是为了迎合波浪入射方向，使其受力更大，且上窄下宽，进一步加大摆板的受力面积。腔体7上进水口18及挡板16的设计，起到单向阀作用，浮子下方的海水只能通过进水口118进入密封腔体7，在第一滑块6、第二滑块17的作用下(如活塞运动)，海水通过导管8将水压入水罐9。水罐9初始位置与浮子1表面呈30°角放置，水罐9底部通过铰链11与浮子1相连。初始状态下，海水逐渐聚集在它的底部，当水罐9中的水越来越多，水罐9和水的重心偏向铰链右侧，水罐9绕铰链旋转45°，水罐9前端开口处底面与浮子相切；水罐9内的水全部放空，浮子1做垂荡运动；浮子1对连杆31有推力作用，连杆31又带动杠杆32在支点处转动。若浮子1上升0.5m的高度，杠杆32发生6-7°的转动，液压缸39活塞37运动距离约为6.6cm，如此往复，波浪能不断转化为供液压缸39运动的机械能。

上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种微幅波浪能蓄集装置，其特征在于包括浮子(1)，所述浮子(1)上活动安装有摆板(2)，所述摆(2)板背波面通过连杆(5)连接有第一滑块(6)，所述第一滑块(6)设置在腔体(7)内，在所述腔体(7)一侧，所述连杆(5)深入到腔体(7)内与第一滑块(6)连接；在所述腔体(7)的另一侧，所述腔体(7)上设置有一个或多个进水口(18)和一个或多个出水口；在所述进水口(18)处，所述腔体(7)内侧设置有活动挡板(16)，所述挡板(16)阻挡腔体(7)内的水通过进水口(18)流出，所述腔体(7)外的水可以通过进水口(18)进入腔体(7)内；所述出水口连接有导管(8)；所述浮子(1)边设置有水罐(9)，所述导管(8)与水罐(9)连接，所述水罐(9)底部活动安装，使水罐(9)能够翻转；所述水罐(9)上方安装有支架(12)，所述支架(12)通过第一弹簧(13)与水罐(9)连接，所述第一弹簧(13)使水罐(9)保持倾斜；导管(8)不断向水罐(9)输送水，当水罐(9)内的水量达到一定量时，水罐(9)翻转，第一弹簧(13)被拉伸，水罐(9)内的水从水罐(9)开口流出；水罐(9)内的水流出后，第一弹簧(13)恢复，使水罐(9)复位；所述浮子(1)通过第二连杆(31)与杠杆(32)一端连接，所述杠杆(32)安装在杠杆支座(33)上，所述杠杆(32)的另一端连接有液压缸(39)的活塞(37)，所述液压缸(39)安装在液压缸支座(38)上，所述液压缸(39)的两端分别连接有油箱(36)、储能器(40)。

2.根据权利要求1所述的一种微幅波浪能蓄集装置，其特征在：所述腔体(7)内设置有第二滑块(17)，所述第一滑块(6)通过第二弹簧(15)与第二滑块(17)连接。

3.根据权利要求1所述的一种微幅波浪能蓄集装置，其特征在：所述摆板(2)迎波面的底部为弯曲的弧形，所述摆板(2)背波面为曲面形。

4.根据权利要求1所述的一种微幅波浪能蓄集装置，其特征在：所述浮子(1)包括左浮子体(19)和右浮子体(20)，所述左浮子体(19)和右浮子体(20)之间具有工作空腔(21)，所述摆板(2)设置在工作空腔(21)，所述左浮子体(19)左侧设置有左挡板(25)，所述右浮子体(26)右侧设置有右挡板(26)，所述左浮子体(19)、右浮子体(20)后侧设置有后挡板(28)，所述左浮子体(19)、右浮子体(20)上方设置有上挡板(27)，所述左浮子体(19)、右浮子体(20)下方设置有下挡板(29)。

5.根据权利要求4所述的一种微幅波浪能蓄集装置，其特征在：所述左浮子体(19)与波浪接触面由一个或多个弧面(24)构成，所述右浮子体(20)与波浪接触面由一个或多个弧面(24)构成，沿进水方向，所述工作空腔(21)为前宽后窄形状。

6.根据权利要求4所述的一种微幅波浪能蓄集装置，其特征在：所述左浮子体(19)前端设置有外扩的弧形左集浪板(22)，所述右浮子体(20)前端设置有外扩的弧形右集浪板(23)。

7.根据权利要求6所述的一种微幅波浪能蓄集装置，其特征在：所述左集浪板(22)、右集浪板(23)之间的夹角为130°。

8.根据权利要求4所述的一种微幅波浪能蓄集装置，其特征在：所述左集浪板(22)与左浮子体(19)前端相切，所述右集浪板(23)与右浮子体(20)前端相切。

9.根据权利要求1所述的一种微幅波浪能蓄集装置，其特征在：所述杠杆(32)为两个，所述浮子(1)分别通过两个第二连杆(31)分别与杠杆(32)一端连接，所述杠杆(32)分别安装在杠杆支座(33)上，所述杠杆(32)的另一端分别连接有液压缸(39)的活塞(37)，所述液压缸(39)分别安装在液压缸支座(38)上，所述液压缸(39)的两端分别连接有油箱(36)、储能器(40)。

10.根据权利要求1或9所述的一种微幅波浪能蓄集装置，其特征在：所述杠杆(32)连接有第三弹簧(35)，所述第三弹簧(35)与弹簧底座(34)连接。