CN110131087B - 一种高效双向海洋能水力发电收集装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效双向海洋能水力发电收集装置，基本构成为发电模块、肌肉组合、可调节浮子位于外壳内部，储能模块以及悬浮模块则位于外壳外部。发电模块交错排列安装于外壳内部，每一排与每一列通过肌肉组合相连与发电模块的连接轴相连；运动模块以及传感器位于滑动轴上，可拆卸联动轴一头与滑动模块相连，另一头伸出外壳与浮子相连，两侧安装，分别用于收集海洋潮汐能或波浪能，联动轴及浮子之间互不形成干涉，独立跟随洋流运动。在洋流推动下，浮子会带动发电模块与肌肉模块运动，产生形变进而发电。本装置结构精巧、装拆便捷、成本低廉、无污染、模块组合能量收集范围广、小洋流推动高效能发电。

Description

一种高效双向海洋能水力发电收集装置

技术领域

本发明涉及到一种基于智能材料的海洋能收集装置，具体来说是一种基于压电纳米发电机的潮汐能与波浪能综合的高效发电装置。

背景技术

随着资源匮乏与环境污染问题的日益严峻，新能源的开发成为当前的一种趋势。电能作为人类生活中比不可缺的能源形式，其获取途径越来越重要。传统的发电方式，如火力发电、风力发电等，其发电方式不免存在一些弊端，例如火力发电需要燃料会对环境造成污染；风力发电或对地形要求较高，需要平原地区等等。同时，传统的发电方式都要求有合适的地理位置来建设相应的发电设施，对于人口日益增长的土地也是一种负担。因此迫切需要一种便捷化、绿色环保的电能收集方式进行能量的收集。

在地球上，海洋面积占地球表面积的约70％，若对潮汐能与波浪能进行有效收集，可以大大缓解能源问题。近年来，采用智能新材料进行能量的收集成为学术圈的热点问题，纳米发电机出现对能量的收集是一种创新的思路；区别摩擦纳米发电机，压电纳米发电机的结构简单、发电效率高、成本低，特别是能够满足各类形变要求制造一些发电装置，成为能量收集的优选。同时，一些大型的海洋能收集装置，结构复杂、重量大、成本高昂、能量收集率低，这些问题限制了装置的进一步推广。因此，基于压电纳米发电机，提出一种结构精巧、装拆便捷、成本低廉、无污染、能量收集范围广泛且适用于不同洋流推动高效的能量收集装置，意义重大。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构精巧、装拆便捷、成本低廉、无污染、功能综合、应用广泛、高效能的发电装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明是一种高效双向海洋能水力发电收集装置，其特征是：包含了发电模块、肌肉组合、可调节浮子、储能模块、外壳以及悬浮模块。其中，发电模块包含滑动轴、固定端、连接轴、运动模块以及传感器；肌肉组合模块包含发电片、绝缘片、弹性夹层；可调节浮子包括可拆卸联动轴以及可拆卸浮子；悬浮模块是一种通过给排水来改变浮力从而实现上浮、下潜或悬浮的悬浮仓。

具体来说，发电模块、肌肉组合、可调节浮子位于外壳内部，是发电的主要部分，储能模块以及悬浮模块则位于外壳外部。发电模块交错排列安装于外壳内部，每一排通过肌肉组合相连，而每一列则通过发电模块中的连接轴相连。运动模块以及传感器位于滑动轴上，同时可拆卸联动轴一头与滑动模块相连，另一头伸出外壳与浮子相连，且其安装方向有两个，分别对应海洋浅水区的水平洋流以及深水区的竖直洋流。由于发电模块交错排列，因此联动轴及浮子之间互不形成干涉，能够独立跟随洋流运动。悬浮装置相应置于装置两侧。装置置于海洋中时，浮子跟随洋流运动，通过联动轴带动相应的发电模块运动。此时由于肌肉组合一端连接于滑动模块，另一端连接于固定模块，因此产生形变，整体呈现波浪形。在滑动轴上设有相应距离的突起，防止运动幅度过大对肌肉组合及其他材料产生强度破坏。发电片发生形变进而发电。同时装置运动模块之中每一列均相互之间通过连接轴连接，即可实现整体运动，使得发电效率大大提高。本发明适用于海洋的任意位置，不论在浅水区或深水区均可。储电模块位于外壳外部，各级弹性夹层单独通过导线与之相连，汇集到储电模块处；需要注意，储电模块是采用新型智能材料制成的微型装置，降低整体装置的重量和体积。悬浮模块位于外壳两侧，通过给排水实现浮力的调节，进而实现装置在水中的悬浮。同时，悬浮模块的对称结构有利于装置在水中保持整体稳定，最大效率进行工作。

实际使用时，可选取海洋内适宜位置，通过调节悬浮仓数据来保证本装置的所处水面下位置及深度，然后安装对应方向的联动轴以及浮子，之后即可将本装置置于水下。由于洋流作用，浮子会带动发电模块、肌肉模块运动，产生形变进而发电；当需要更换零部件位置或更换新零件时，只需将零部件拆下更换即可。各级结构之间互不形成干涉，确保装置的稳定性；此外，装置内部多个发电模块交错排列的设置，保证了装置的持续性与高效性。

本发明的优势在于：①本发明采用模块化的组合结构，装拆便捷、应用范围广泛，可实现潮汐能与波浪能的多功能综合收集；②本发明内部多级结构相连，以及多层卡槽的设置，基于压电纳米功能发电机作为收集单元，具有智能化与高效能的优势；③本发明对于发电条件要求低，几乎可用于任何天气、任意位置；④本发明占地面积小，对于日益增长的土地压力可以起到一定的缓解作用，同时客服了大型收集装备的显著缺陷；⑤本发明区别于传统的发电形式，是一种新型的绿色无污染的发电途径；⑥本发明造价较低，成本相对低廉，同时方便更换零部件，适合大批量生产及使用，社会效益深远。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图

图2是发电模块及肌肉组合结构示意图

图3是浮子及联动轴结构示意图

图4是单个运动单元的结构示意图

图5是本发明整体内部多级发电结构示意图

图6是单级发电结构示意图

图7是肌肉组合结构示意图

具体实施方式

下面结合结构示意图通过具体实施方式对本发明进行说明。

结合图1～7，本发明一种高效双向海洋能水力发电收集装置，其特征为：基本结构为发电模块、肌肉组合、可调节浮子，均位于外壳内部，是主要发电部分，储能模块以及悬浮模块则位于外壳外部。发电模块交错排列安装于外壳内部，每一排通过肌肉组合相连，而每一列则通过发电模块中的连接轴相连。运动模块以及传感器位于滑动轴上，同时可拆卸联动轴一头与滑动模块相连，另一头伸出外壳与浮子相连，且其安装方向有两个，分别对应海洋浅水区的水平洋流以及深水区的竖直洋流。由于发电模块交错排列，因此联动轴及浮子之间互不形成干涉，能够独立跟随洋流运动。悬浮装置相应置于装置两侧。

本装置的发电原理为：装置置于海洋中时，浮子跟随洋流运动，通过联动轴带动相应的发电模块运动。此时由于肌肉组合一端连接于滑动模块，另一端连接于固定模块，因此产生形变，整体呈现波浪形。在滑动轴上设有相应距离的突起，防止运动幅度过大对肌肉组合及其他材料产生强度破坏。发电片发生形变进而发电。同时装置运动模块之中每一列均相互之间通过连接轴连接，即可实现整体运动，使得发电效率大大提高。

以下是装置各个部分的组成结构及工作原理：

如下图1～6所示，本发明主要包含发电模块I、肌肉组合II、可调节浮子III、储能模块IV、外壳以及悬浮模块V。发电模块I与肌肉组合是整个装置的核心部分，用于形变产生电能，主要包含发电片、绝缘片、固定模块、固定夹、连接轴、滑动轴、滑动模块、固定轴；可调节浮子负责跟随洋流运动，将外力传导带动滑动模块运动，主要包含可拆卸浮子以及可拆卸联动轴；外壳采用新型耐腐蚀材料，有效延长整体装置的使用寿命；储电模块采用新型智能材料制成的微型装置，用于储存装置产生的电能；悬浮模块采用给排水方式保证浮力，对称位于装置的两侧。

结合图1、2、5，悬浮仓1位于外壳两侧，呈对称分布，通过螺丝及卡槽固定于外壳上。外壳2采用新型耐腐蚀材料，可有效延长整体装置的使用寿命，同时质量较轻，便于装置整体在水中悬浮。另外，外壳上设有运动槽3，可以控制浮子9以及联动轴8的运动范围。外壳2的内壁上有规则阵列的安装孔，用于安装固定轴12以及滑动轴10。通过整体图1可以看出，发电部分多级有序排列于箱体内部，彼此之间既有部分联动，整体互不干涉。

本发明发电模块I、肌肉组合II结构及工作原理如下：

本发明中，发电模块和肌肉组合是整个装置的核心部分用于产生电能，主要包含了发电片15、绝缘片14、固定模块5、固定夹11、连接轴6、滑动轴10、滑动模块7、固定轴12。其中滑动轴10上设有凸起。结合图2、4，滑动轴10、固定轴12安装于于外壳内表面孔内，滑动轴与滑动轴、固定轴与固定轴之间则通过螺纹连接，形成多级结构。固定模块5位于固定轴12上，本身不能运动；滑动模块7安装在滑动轴10上，可在滑动轴上沿轴做轴向运动。滑动模块7以及固定模块5两端均有固定夹11。发电片15与绝缘片14交错相叠构成一个简单肌肉组合，两端分别固定于模块5以及滑动模块7上的固定夹11。当滑动模块7运动时，由于固定端12不移动，因此肌肉组合部分会发生形变，呈现波浪状，并由此产生电能。在滑动轴10上设置有凸起，可以对滑动模块7的运动起到一定的限制作用，防止肌肉部分发生强度破坏。通过图1可以看出，上述结构在装置内部具有有序排列的多个类似结构，极大地提高了空间利用率与发电效率。

一种高效双向海洋能水力发电收集装置，其可调节浮子III的结构及工作原理如下：

本发明中，结合图1、2、3、5、6，联动轴8通过螺纹紧固安装于滑动模块7上方螺纹孔，并通过外壳上运动槽3，在箱体外与可拆卸浮子9连接。联动轴8既可以起到一定的支撑稳固作用，又起到传动作用。浮子9及联动轴8可以安装于箱体的两个方向，对应的洋流运动分别为水平方向洋流与竖直方向洋流。将本装置置于海洋中，由于洋流运动，带动浮子9进行运动，浮子9通过联动轴8将运动传导给滑动模块7，使滑动模块7在滑动轴10上做往复运动，带动肌肉组合运动发生形变，进而发电。

结合图1，一种高效双向海洋能水力发电收集装置的储能模块IV位于外壳2外部。储电元件4用于内部储存装置产生的电能，通过螺丝及卡扣同样两侧对称安装于悬浮仓下方。滑动模块7通过连接导线14与储电元件4相连。

结合图1，一种高效双向海洋能水力发电收集装置的悬浮模块V为给排水式悬浮仓1，通过螺丝及卡扣对称安装于外壳两侧。通过调节水量来达到控制浮力的目的，从而保证装置在水中稳定悬浮。两侧对称的结构大大提升了整体装置的稳定性。该悬浮仓与其他部分结构一样，均为可拆卸式，方便更换与调整。

Claims (3)

1.一种高效双向海洋能水力发电收集装置，其特征在于，包括：外壳、悬浮模块、储能模块、多个发电模块、多个可调节浮子和多个肌肉组合；所述悬浮模块和所述储能模块设置于所述外壳的外部；多个所述发电模块分层设置于所述外壳的内部；每个所述发电模块均包括多个滑动模块、多个固定模块、多个连接轴、多个固定轴和多个滑动轴；多个所述滑动轴分为多列，且每列均相互平行地设置于同一平面内；每列上的多个所述滑动轴之间首尾连接；且位于最外侧的所述滑动轴固定连接于所述外壳的内部；每个所述滑动轴上均设置有传感器；每个所述滑动轴上均可滑动地设置有一个所述滑动模块；且其两端均设置有一个用于限制所述滑动模块位移的突起；位于同一列的相邻所述滑动模块之间均设置有一个所述连接轴；位于同排不同列上的所述滑动模块之间均设置有一个所述固定模块；且位于同排不同列上的所述滑动模块和所述固定模块之间通过所述肌肉组合连接；位于同一列上的所述固定模块之间通过所述固定轴连接在一起；且位于最外侧的所述固定轴固定连接于所述外壳的内部；所述固定轴与所述滑动轴平行设置；每个所述滑动模块上均固定连接有一个所述可调节浮子；每个所述可调节浮子均包括可拆卸联动轴和可拆卸浮子；所述可拆卸联动轴的一端可拆卸连接于所述滑动模块上；且其与所述发电模块呈垂直设置；所述可拆卸浮子可拆卸连接于所述可拆卸联动轴的另一端；且其位于所述外壳的外部；相应的，所述外壳上设置有与所述可拆卸联动轴相适配的运动槽；每个所述肌肉组合均包括多个发电片和多个绝缘片；多个所述发电片和多个所述绝缘片相互交错叠加在一起；每个所述发电片均与所述储能模块电连接；多个所述发电模块上的所述可拆卸浮子之间相互错开设置。

2.根据权利要求1所述的一种高效双向海洋能水力发电收集装置，其特征在于，所述储能模块采用压电纳米发电机。

3.根据权利要求1所述的一种高效双向海洋能水力发电收集装置，其特征在于，所述悬浮模块包括两个悬浮仓；两个所述悬浮仓对称设置于所述外壳的上端。

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