CN109736999B - 一种可移动折展式波浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可移动折展式波浪能发电装置，包括：点吸收式浮子、筒体、可折展翼面、锚固结构、能量转化单元、运动状态感知模块、控制单元、活塞和活塞杆；活塞杆两端分别与点吸收式浮子和活塞固定连接；活塞与筒体滑动配合；筒体和可折展翼面通过锚固结构连接；锚固结构用于控制可折展翼面折叠或展开，当可折展翼面在水下设定深度展开时，实现发电装置的柔性锚固；能量转化单元、运动状态感知模块和控制单元固定在筒体内部，运动状态感知模块用于感知活塞和筒体的相对运动信息并将该信息传输给控制单元，控制单元接收到该信息后启动能量转化单元将活塞和筒体的相对运动转化为电能。

Description

一种可移动折展式波浪能发电装置

技术领域

本发明涉及环境能源捕获与利用领域，具体涉及一种可移动折展式波浪能发电装置。

背景技术

无人自主水下潜器作为一类重要的海洋装备，极大地增强了海洋探测与海底勘探的能力。携带的能源受限是制约这类海洋装备进一步发展应用的主要瓶颈。

收集利用环境能源并作为无人自主水下潜器的补充能源是近年来的研究热点。目前研究人员已经开展了利用太阳能、海洋温差能和海洋波浪能为无人自主水下潜器提供补充能源的相关研究。相比于太阳能，海洋波浪能不受昼夜交替的影响；相比于海洋温差能，波浪能的功率密度更高而且覆盖的海区更广，这些特点使得波浪能更加适宜用于无人自主水下潜器的能源补给。在传统的固定式海洋波浪能利用中，设备大多体积庞大，而且需要与岸边或者海底进行锚固。在把波浪能发电技术应用于水下潜器时，需要解决与水下潜器的有效集成和高效吸收转化波浪能的难题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可移动折展式波浪能发电装置，能够显著降低设备体积、与无人自主水下潜器有效集成和高效吸收转化波浪能。

本发明的技术方案为：一种可移动折展式波浪能发电装置，包括：点吸收式浮子、筒体、可折展翼面、锚固结构、能量转化单元、运动状态感知模块、控制单元、活塞和活塞杆；

所述活塞杆两端分别与所述点吸收式浮子和活塞固定连接；所述活塞与所述筒体滑动配合；

所述筒体和所述可折展翼面通过所述锚固结构连接；所述锚固结构用于控制所述可折展翼面折叠或展开，当所述可折展翼面在水下设定深度展开时，实现所述发电装置的柔性锚固；

所述能量转化单元、运动状态感知模块和控制单元固定在所述筒体内部，所述运动状态感知模块用于感知所述活塞和筒体的相对运动信息并将该信息传输给所述控制单元，所述控制单元接收到该信息后启动所述能量转化单元将所述活塞和筒体的相对运动转化为电能。

作为本发明的一种优选方式，所述锚固结构包括缆绳和缆绳收放装置，所述缆绳一端与设置在所述筒体内的缆绳收放装置连接，另一端分成两个以上呈周向分布的分支分别与可折展翼面的外周相连。

作为本发明的一种优选方式，还包括锁合机构，所述锁合机构设置在所述筒体底部，用于对处于折叠状态的所述可折展翼面进行位置锁定。

作为本发明的一种优选方式，所述点吸收式浮子为气囊，通过向所述点吸收式浮子中充气或排气控制所述点吸收式浮子的膨胀或收缩。

作为本发明的一种优选方式，所述能量转化单元为液压装置或直线式发电机。

作为本发明的一种优选方式，所述相对运动信息为所述活塞和筒体相对运动的加速度。

作为本发明的一种优选方式，控制单元根据所述相对运动的加速度判断活塞和筒体发生设定幅度的相对运动。

有益效果：

(1)本发明的筒体通过锚固结构与可折展翼面连接，使整个波浪能发电装置可随时移动；可折展翼面展开可用于定位、折叠时可以有效缩小体积，进而可以与无人自主水下潜器有效集成。

(2)本发明在筒体底部设置缆绳收放装置，锚固结构选用缆绳，在控制单元的控制下缆绳收放装置用于收放缆绳，进而有效控制可折展翼面的折叠或展开状态。

(3)本发明的点吸收式浮子采用气囊式结构，通过向点吸收式浮子的气囊中充气或吸气实现气囊的膨胀或收缩以适应波浪谱的大小，有利于高效利用波浪能能并且有效控制装置的整体体积。

附图说明

图1为本发明的展开状态图。

图2为本发明的折叠状态图。

其中，1-点吸收式浮子，2-筒体，3-活塞，4-能量转化单元，5-缆绳收放装置，6-锚固结构，7-可折展翼面

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供了一种可移动折展式波浪能发电装置，能够显著降低设备体积、与无人自主水下潜器有效集成和高效吸收转化波浪能。

如图1和图2所示，该波浪能发电装置包括：点吸收式浮子1、筒体2、可折展翼面7、锚固结构6、能量转化单元4、运动状态感知模块、控制单元、活塞3和活塞杆；

活塞杆两端分别与点吸收式浮子1和活塞3固定连接，其中，点吸收式浮子1可以随着波浪的上下起伏而进行同步运动，点吸收式浮子1的运动带动活塞3相对筒体2运动；为了提高波浪能的吸收面积，点吸收式浮子采用气囊式结构，通过向气囊中充气或吸气来实现气囊的膨胀或收缩，从而改变点吸收式浮子1的体积，以适应不同的波浪谱；

活塞3位于筒体2内部的上部，与筒体2滑动配合；

能量转化单元4、运动状态感知模块和控制单元固定在筒体2内部的下部，其中，运动状态感知模块用于感知活塞3和筒体2的相对运动的加速度并将该信息传输给控制单元，控制单元接收到该信息后启动能量转化单元4将活塞3和筒体2的相对运动转化为电能；

筒体2和可折展翼面7通过锚固结构6连接，其中，锚固结构6包括缆绳和缆绳收放装置5；缆绳一端与缆绳收放装置5相连，另一端分成多个呈周向分布的分支分别与可折展翼面7的外周相连；

初始时，缆绳收放装置5控制所述缆绳拉紧可折展翼面7，使可折展翼面7处于折叠状态，控制单元控制锁合机构将折叠状态的可折展翼面7锁定；

控制单元控制锁合机构松开后，缆绳收放装置5控制缆绳将可折展翼面7下放至水下设定深度后，使可折展翼面7在水压力和自身重力作用下完全展开。

其中，缆绳收放装置5设置在筒体2内部底端，通过控制缆绳的伸长或缩短，用于切换可折展翼面7的展开或折叠状态；可折展翼面7的翼面选用不透水材料。

具体地：当拟将波浪能发电装置展开用于发电时，通过控制气路电磁阀，将高压气体充入气囊中，使气囊式的点吸收式浮子1膨胀。控制单元控制锁合机构松开，同时，利用控制单元控制筒体2内部的缆绳收放装置5，将缆绳释放到水下一定深度后，使可折展翼面7的翼面在自身重力及水压力的作用下完全展开。气囊式的点吸收式浮子1在波浪的作用下，随着波浪而上下起伏，产生垂直方向的运动，因为点吸收式浮子1通过活塞杆和活塞3与筒体内部滑动配合，所以点吸收式浮子上下起伏运动时活塞3相对筒体上下运动。由于可折展翼面7与筒体2通过缆绳连接，当筒体2发生垂直方向的运动趋势时，在可折展翼面7的翼面上会产生很大的水阻力，从而限制筒体2在垂直方向的运动，从而实现柔性锚固，由于可折展翼面7与海底没有任何连接关系，所以筒体2在水平方向可以自由运动。控制单元控制运动状态感知模块感知活塞3和筒体2的相对运动加速度并将该信息传回控制单元，控制单元根据该信息判断活塞3和筒体2发生设定幅度的相对运动时，控制单元启动能量转化单元4把相对运动转化为电能，即可实现把波浪能转化为电能。

当拟将波浪能发电装置折叠收拢时，通过气泵将气囊式的点吸收式浮子1中的空气排出到筒体2内，使点吸收式浮子1体积收缩，在点吸收式浮子1收缩过程中，控制单元控制缆绳收放装置5在设定速度范围内缓慢收缩缆绳，缆绳带动可折展翼面7的翼面收拢形成水滴型的头部。控制单元控制缆绳收放装置5，将缆绳移动至筒体2下端，并利用缆绳的张紧力使可折展翼面7的末端折叠收拢至锁合机构内而被锁合机构锁紧。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可移动折展式波浪能发电装置，其特征在于，包括：点吸收式浮子(1)、筒体(2)、可折展翼面(7)、锚固结构(6)、能量转化单元(4)、运动状态感知模块、控制单元、活塞(3)和活塞杆；

所述活塞杆两端分别与所述点吸收式浮子(1)和活塞(3)固定连接；所述活塞(3)与所述筒体(2)滑动配合；其中，所述点吸收式浮子(1)为气囊，通过向所述点吸收式浮子(1)中充气或排气控制所述点吸收式浮子(1)的膨胀或收缩；

所述筒体(2)和所述可折展翼面(7)通过所述锚固结构(6)连接；所述锚固结构(6)用于控制所述可折展翼面(7)折叠或展开，当所述可折展翼面(7)在水下设定深度展开时，实现所述发电装置的柔性锚固；其中，所述锚固结构(6)包括缆绳和缆绳收放装置(5)，所述缆绳一端与设置在所述筒体(2)内的缆绳收放装置(5)连接，另一端分成两个以上呈周向分布的分支分别与可折展翼面(7)的外周相连；

所述能量转化单元(4)、运动状态感知模块和控制单元固定在所述筒体(2)内部，所述运动状态感知模块用于感知所述活塞(3)和筒体(2)的相对运动信息并将该信息传输给所述控制单元，所述控制单元接收到该信息后启动所述能量转化单元(4)将所述活塞(3)和筒体(2)的相对运动转化为电能。

2.如权利要求1所述的可移动折展式波浪能发电装置，其特征在于，还包括锁合机构，所述锁合机构设置在所述筒体(2)底部，用于对处于折叠状态的所述可折展翼面(7)进行位置锁定。

3.如权利要求1所述的可移动折展式波浪能发电装置，其特征在于，所述能量转化单元(4)为液压装置或直线式发电机。

4.如权利要求1所述的可移动折展式波浪能发电装置，其特征在于，所述相对运动信息为所述活塞(3)和筒体(2)相对运动的加速度。

5.如权利要求4所述的可移动折展式波浪能发电装置，其特征在于，控制单元根据所述相对运动的加速度判断活塞(3)和筒体(2)发生设定幅度的相对运动。

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