CN111456885A - 一种外置式气液舱及波浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋再生能源利用技术领域，具体公开了一种外置式气液舱及波浪能发电装置。其中外置式气液舱用于配置于浮体的外侧，波浪能发电装置则包括浮体、配置于浮体外侧的外置式气液舱以及配置于外置式气液舱上的空气透平及发电机系统。将外置式气液舱配置于浮体的外侧，不会占用浮体顶部的空间，同时也便于对现有使用的海洋浮标或浮体进行改造，使现有使用的海洋浮标或浮体增加波浪能发电功能，以补充电能供应；由于对现有海洋浮标或浮体的改造通过较低的成本以及较简单的工艺即可实现，有利于技术的产业化推广。

Description

一种外置式气液舱及波浪能发电装置

技术领域

本发明涉及海洋再生能源利用技术领域，具体涉及一种外置式气液舱及波浪能发电装置。

背景技术

海洋浮标是用于搭载海洋观测和通讯设备的重要载体。因为要进行海洋观测和通信就必须要有充足的电能供应，现阶段下给海洋浮标供电的方式主要是利用太阳能和风能来给蓄电池供电，但因为太阳能和风能的能量密度低且不稳定，所以对于耗电功率较大的功能浮标来说太阳能和风能往往无法满足其需求。

波浪能是一种分布广泛，能量密度大（是太阳能的三百多倍，风能的八十多倍），且非常稳定的可再生能源（年均可利用时间五千小时以上）。所以利用波浪能给海洋功能浮标供电是非常有价值且有重要意义的。

目前的波浪能开发技术（这里指将波浪能转换为电能）主要包括振荡浮子式、越浪式和振荡水柱式。通常，振荡浮子式依靠波浪能来推动浮子运动从而将波浪能传递到液压马达等能量转化装置而实现发电；越浪式是将波浪引到高处，然后让海水通过低处的水轮机来进行能量转换，最终将海水的动能转换为电能；振荡水柱式是将波浪能转换成气体的动能，再将气体的动能最终转化成电能而实现发电。利用海浪的波浪能进行发电的发电设备工作时位于海上，海水的波动受天气、潮汐的影响较大，需要保证发电设备的平稳有效工作；同时，获得较高的发电效率具有重要意义。

在振荡水柱式波浪能发电领域，例如公开号为CN110406635A的中国发明专利公开的一种带中心管的多级供电功率浮标，以及公开号为CN108843483A的中国发明专利公开的一种高效锥形管波力发电装置，均采用在浮体的中部设置远超浮体长度的中心管的方式构建气液腔。这种类型的发电装置，其缺陷在于，结构复杂，较长的中心管对波浪的响应和利用率较低，并且无法在现有浮体或浮标的基础上进行改造以使现有浮体或浮标具备发电功能。

发明内容

本发明旨在提供一种可配置于浮体外侧的外置式气液舱以及包含该外置式气液舱的波浪能发电装置，本发明提供的技术方案如下：一种外置式气液舱，用于配置于浮体的外侧，所述外置式气液舱内部设置有气液腔，所述气液腔的下端为敞口并配置为液体自该敞口进入所述气液腔并可在气液腔内波动，所述气液腔的上端设置有至少一个通气口并配置为所述气液腔内液面与气液腔顶部之间形成气体腔，所述气体腔的体积随气液腔内液体的波动而变化，所述气体腔内的气压随体积变化进行调节并与通气口外部的气压形成气压差，所述气压差至少包括第一压差和第二压差，在所述第一压差的作用下形成自气体腔向通气口外部流动的第一气流，在第二压差的作用下形成自通气口向气体腔内流动的第二气流。

一种优选的实施例，所述气液腔的形成至少包括：

环绕所述浮体的外壁设置的气液舱外壁；

与所述气液舱外壁相对设置的气液舱内壁或所述浮体的外壁，所述气液舱内壁与所述浮体的外壁适配；以及

气液舱上壁，所述气液舱上壁的外侧与气液舱外壁的顶端密封连接，所述气液舱上壁的内侧与所述气液舱内壁的上端或浮体外壁的上端密封连接。

一种优选的实施例，所述气液腔的形成至少包括：

气液舱内壁，用于与部分所述浮体的外壁适配；

气液舱外壁，所述气液舱内壁与所述气液舱内壁相对设置；

气液舱侧壁，所述气液舱侧壁用于连接所述气液舱内壁和气液舱外壁的端部；

气液舱上壁，所述气液舱上壁分别与气液舱内壁、气液舱外壁以及气液舱侧壁的上端密封连接。

一种优选的实施例，所述气液腔的形成至少包括筒状结构的气液舱外壁以及覆盖于所述气液舱筒壁上端的气液舱上壁，所述通气口设置于所述气液舱上壁上，所述浮体的外壁与气液舱外壁之间设置有连接结构。

一种优选的实施例，还包括至少一个分隔板，所述分隔板将所述气液腔分隔成若干互不相通的分气液腔，每个所述分气液腔至少配置有一个通气口。

本公开的外置式气液舱，与现有技术相比，其技术优势在于：

（1）该外置式气液舱为独立结构，可以配置在现有浮标或浮体的周围，即可加装在现有已经在正常运行的海洋浮标或浮体上，并配合空气透平以及发电机系统，使现有使用的海洋浮标或浮体增加波浪能发电功能，以补充电能供应；由于对现有海洋浮标或浮体的改造通过较低的成本以及较简单的工艺即可实现，有利于技术的产业化推广；

（2）由于该外置式气液舱是加装在海洋浮标或浮体的外侧，并不会占用现有海洋浮标或浮体顶部的空间，即不会对现有海洋浮标或浮体顶部的结构布局以及功能造成影响；

（3）由于该外置式气液舱可作为独立结构加装于现有海洋浮标或浮体的周围，在设计之初即可根据现有海洋浮标或浮体的尺寸选择适配的气液舱尺寸，以精准的控制吸收波浪能的多少，从而实现对发电量的控制。

一种波浪能发电装置，至少包括：

浮体；

外置式气液舱，所述外置式气液舱配置于浮体的外侧；

空气透平，所述空气透平安装于通气口处且配置为通过所述通气口与气体腔连通，所述空气透平配置为在所述气压差的作用下做功；

发电机，所述发电机与空气透平连接并配置为利用空气透平的做功发电。

一种优选的实施例，所述浮体的下端面突出于所述外置式气液舱的下端面设置。

一种优选的实施例，还包括配重，所述配重设置于浮体下部。

一种优选的实施例，还包括阻尼结构，所述阻尼结构设置于浮体的下方，所述阻尼结构与浮体的下部之间设置有连接装置。

一种优选的实施例，所述阻尼结构包括阻尼底板、环绕所述阻尼底板设置的阻尼侧板以及分别与所述阻尼底板和阻尼侧板连接的阻尼加强板。

一种优选的实施例，所述浮体配置为重量可调节，所述浮体的底部设置有至少一个蓄液舱，所述蓄液舱配置有进水系统、排水系统以及控制所述进水系统和排水系统运行的控制器。

本公开的波浪能发电装置，与现有技术相比，其技术优势在于：

（1）其中，外置式气液舱配置于浮体的外侧，既可以与浮体一体加工而成，也可以与浮体分别加工，通过组装的方式结合在一起，其生产方式灵活，也有利于对现有使用的海洋浮标或浮体进行改造，基于较低的改造成本及较简便的改装工艺，有助于该波浪能发电装置的产业化应用；

（2）由于外置式气液舱配置于浮体的外侧，并不会占用浮体顶部的空间，其浮体顶部的空间可以进行最大化的利用；

（3）阻尼结构的设置，有助于提升气液腔内海水相对运动的幅度；

（4）蓄液舱的设置，可以实现对浮体的质量根据环境的变换进行改变，从而达到改变整体结构的固有频率，以期与波浪达到共振，以提升波浪能的吸收效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1A为本公开实施例一中外置式气液舱的外部结构示意图；

图1B为本公开实施例一中外置式气液舱的内部结构示意图；

图1C为本公开实施例一中外置式气液舱的局部剖视结构示意图；

图2A为本公开实施例二中外置式气液舱的外部结构示意图；

图2B为本公开实施例二中外置式气液舱的局部剖视结构示意图；

图3A为本公开实施例四中波浪能发电装置的结构示意图，本实施例中，配置有实施例一所示的外置式气液舱；

图3B为图3A所示波浪能发电装置的竖直方向局部剖面结构示意图；

图3C为本公开实施例四所示波浪能发电装置中的空气透平及发电机系统的局部结构示意图；

图3D为图3A所示波浪能发电装置隐藏空气透平及发电机系统后的局部结构示意图；

图3E为本公开实施例四所示波浪能发电装置的等同实施例的结构示意图，本实施例中，浮体为方柱形结构，对应的，外置式气液舱为方环状结构；

图3F为本公开实施例四所示波浪能发电装置的等同实施例的结构示意图，本实施例中，浮体为圆柱形结构，外置式气液舱的气液舱外壁为锥状结构；

图3G为本公开实施例四所示波浪能发电装置的等同实施例的结构示意图，本实施例中，浮体为圆柱形结构，外置式气液舱包括圆柱段和锥状段；

图4A为本公开实施例五中波浪能发电装置的结构示意图，本实施例中，配置有实施例二所示的外置式气液舱；

图4B为图4A所示波浪能发电装置中浮体的结构示意图；

图5A为本公开实施例六所示波浪能发电装置的结构示意图，本实施例中，浮体外侧配置有实施例三所示的外置式气液舱；

图5B为图5A所示波浪能发电装置的局部剖视结构示意图；

图6A为本公开实施例七所示波浪能发电装置的结构示意图，该波浪能发电装置的阻尼结构通过刚性连接柱连接；

图6B为本公开实施例八所示波浪能发电装置的结构示意图，该波浪能发电装置的阻尼结构通过非刚性连接绳连接；

图7为本公开实施例九所示波浪能发电装置的结构示意图，该波浪能发电装置中，浮体设置有蓄液舱；

图8为本公开实施例十所示波浪能发电装置的结构示意图，该波浪能发电装置中浮体的上部设置有设备平台、太阳能发电系统以及风能发电系统。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语 “上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

本实施例的一种外置式气液舱，其结构如图1A、图1B、图1C所示，用于配置安装于浮体（也称海洋浮标）的外侧。

如图1A、图1B及图1C所示，本实施例的外置式气液舱3具有呈环状的气液舱内壁305、与该气液舱内壁305相对设置的气液舱外壁302以及气液舱内壁305和气液舱外壁302的上端均密封连接的气液舱上壁301。

其中，气液舱上壁301在圆周方向均布设置有两个通气口310。需要说明的是，配置两个通气口310仅为本实施例的优选实施方式，实践中根据外置式气液舱的大小可以仅配置一个或三个以上的通气口。

本实施例中，通气口310用于安装空气透平及发电机系统。其中空气透平及发电机系统采用现有技术，其具体结构在本实施例中不做赘述。

本实施例中，呈环状的气液舱内壁305用于环绕浮体设置并与浮体的外侧壁适配。其中，气液舱内壁305与浮体的外侧壁之间可以采用焊接的形式固定，也可以采用螺栓连接等相应的连接结构固定。

本实施例中，如图1C所示，气液舱内壁305、气液舱外壁302以及所述气液腔上壁301构成气液腔309，该气液腔309的下端敞口并配置为液体自该敞口进入所述气液腔309并可在气液腔309内波动，通气口310与该气液腔309连通。

当本实施例的外置式气液舱3配置于浮体外侧时，该气液腔309通过下端的敞口与海水连通，并且海水在波浪的作用下在气液腔309内振荡波动。如图1C所示，本实施例中，液体（海水）自气液腔309的下端敞口进入气液腔309后，如图1C中箭头所示，在气液腔309中形成液面，该液面与气液腔顶部之间形成气体腔311，所述气体腔311的体积随气液腔309内液体的波动而变化，所述气体腔311内的气压随体积变化进行调节并与通气口310外部的气压形成气压差，所述气压差至少包括第一压差和第二压差，在所述第一压差的作用下形成自气体腔311向通气口310外部流动的第一气流，在第二压差的作用下形成自通气口310向气体腔311内流动的第二气流。

一种优选的实施方式，如图1B、图1C所示，其中气液舱内壁305与气液舱外壁302之间具有多个加强板303，该加强板303用于实现气液舱内壁305与气液舱外壁302之间的连接。

作为优选，加强板303分别与气液舱内壁305和气液舱外壁302焊接固定，当然，也可以采用螺栓连接等类型的连接结构进行固定连接。

作为优选，如图1C所示，该加强板303的顶部与气液腔上壁301之间具有一定的间隙312，以保证加强板两侧的空气流通。

一种优选的实施方式，如图1B所示，气液腔309内还可设置多个分隔板304，该分隔板304分别与所述气液舱内壁305、所述气液舱外壁302以及所述气液腔上壁304密封连接，所述分隔板304将所述气液腔309分隔成若干分气液腔，每个所述分气液腔配置有一个通气口310。本实施例中，两个分隔板304将气液腔309分隔为了两个分气液腔。

实施例二

本实施例的一种外置式气液舱，其结构如图2A、图2B所示，用于配置安装于浮体（也称海洋浮标）的外侧。本实施例与实施例一的区别在于，并非完全环绕于浮体的外侧，而是配置于浮体的部分外侧壁，即，外置式气液舱并非环状。

本实施例的外置式气液舱3，如图2A、图2B所示，包括用于与所述浮体的部分外侧壁适配气液腔内壁305、与该气液腔内壁305相对设置的气液腔外壁302、用于连接所述气液舱内壁305和气液舱外壁302端部的气液舱侧壁306以及分别与气液舱内壁305、气液舱外壁302以及气液舱侧壁306的上端密封连接的气液舱上壁301。

本实施例中，气液舱上壁301上设置有一个通气口310。需要说明的是，配置一个通气口310仅为本实施例的优选实施方式，实践中根据外置式气液舱的大小可以配置一个以上的通气口。

本实施例中，通气口310用于安装空气透平及发电机系统。其中空气透平及发电机系统采用现有技术，其具体结构在本实施例中不做赘述。

本实施例中，气液舱内壁305与浮体的外侧壁之间可以采用焊接的形式固定，也可以采用螺栓连接等相应的连接结构固定。

本实施例中，如图2B所示，气液舱内壁305、气液舱外壁302、气液舱侧壁306以及所述气液腔上壁301构成气液腔309，该气液腔309的下端敞口。当本实施例的外置式气液舱3配置于浮体外侧时，该气液腔309通过下端的敞口与海水连通，并且海水在波浪的作用下在气液腔309内振荡波动。

其中，液体（海水）自气液腔309的下端敞口进入气液腔309后，如图2B中箭头所示，在气液腔309中形成液面，该液面与气液腔顶部之间形成气体腔311，该气体腔311的体积随气液腔内液体的波动而变化，所述气体腔311内的气压随体积变化进行调节并与通气口310外部的气压形成气压差，所述气压差至少包括第一压差和第二压差，在所述第一压差的作用下形成自气体腔311向通气口310外部流动的第一气流，在第二压差的作用下形成自通气口310向气体腔311内流动的第二气流。

需要说明的是，本实施例中，气液腔309内也可以设置如实施例一所述的加强板303和分隔板304，其作用也与实施例一中相同。

本公开的实施例一和实施例二，其可以直接配置于现有正在使用的浮体外侧，并配合空气透平以及发电机系统，使现有使用的海洋浮标或浮体增加波浪能发电功能，以补充电能供应。

由于这种对现有海洋浮标或浮体的改造具有成本低、改造工艺简单的技术优势，这对于技术的产业化推广而言具有重要意义。目前，正在使用的海洋浮标，很大一部分通过风能和太阳能供电，基于风能和太阳能的密度低以及不稳定的因素，在不影响现有浮标工作性能的前提下，使之增加波浪能发电功能，多能互补，以保证浮标的正常运行具有非常高的价值。

实施例三

本实施例的一种外置式气液舱3，其结构如图5A、图5B所示，用于配置安装于浮体2（也称海洋浮标）的外侧。

如图5A、图5B所示，本实施例的外置式气液舱3包括筒状结构的气液舱外壁302以及覆盖于所述气液舱外壁302上端的气液舱上壁301，其中气液舱上壁301上设置有通气口310，该通气口310用于安装空气透平及发电机系统1。

如图5B所示，本实施例中，筒状结构的气液舱外壁302以及气液舱上壁301内部形成气液腔309，该气液腔309的下端敞口并配置为液体自该敞口进入所述气液腔309并可在气液腔309内波动，通气口310与该气液腔309连通。

当本实施例的外置式气液舱3配置于浮体2的外侧时，该气液腔309通过下端的敞口与海水连通，并且海水在波浪的作用下在气液腔309内振荡波动。如图5B所示，本实施例中，液体（海水）自气液腔309的下端敞口进入气液腔309后，如图5B中箭头所示，在气液腔309中形成液面，该液面与气液腔顶部之间形成气体腔311，所述气体腔311的体积随气液腔309内液体的波动而变化，所述气体腔311内的气压随体积变化进行调节并与通气口310外部的气压形成气压差，所述气压差至少包括第一压差和第二压差，在所述第一压差的作用下形成自气体腔311向通气口310外部流动的第一气流，在第二压差的作用下形成自通气口310向气体腔311内流动的第二气流。

本实施例中，如图5A所示，外置式气液舱3通过连接结构203连接于浮体的外侧，通常，多个本实施例的外置式气液舱3均布环绕于浮体2的外侧。其中，连接结构即可以采用焊接的方式固定外置式气液舱和浮体，也可以采用其他的例如螺栓连接等现有的连接方式。

本实施例与实施例一和实施例二相比，外置式气液舱3的工作原理相同，但结构独立性更强，其加装于现有的浮体或浮标外部的工艺更加简单，这对于技术的产业化推广而言具有更重要的意义。

实施例四

本实施例公开的一种波浪能发电装置，如图3A所示，包括浮体2、环绕浮体2设置的外置式气液舱3以及两组安装于外置式气液舱3上的空气透平及发电机系统1。本实施例中，该波浪能发电装置通过锚链7和锚体9固定，从而漂浮在海洋中。其中，浮体的底部设置有连接部8，锚链7的上端连接于该连接部8上。

其中，浮体2是由钢材或者其他有机高分子材料或者金属材料制成，一般成空壳状，也可在浮体里面填充轻质防水材料。一般情况下浮体的质量是其所能产生最大浮力的三到五倍。浮体的作用是产生浮力，搭载气液舱等其他设备。

其中，本实施例中的外置式气液舱3，采用实施例一所述的外置式气液舱。即，本实施例中，外置式气液舱3采用实施例一所示类型的结构，为环绕浮体2设置。

本实施例中，其中外置式气液舱3与浮体2既可以采用一体式结构，例如图3B公开的结构形式。在这种一体式结构中，实施例一所示外置式气液舱的气液舱内壁与浮体2的外壁既可以为分体结构，例如通过焊接等形式连接为一体；气液舱内壁与浮体2的外壁也可以一体结构，即该侧壁既作为浮体2的外壁，也作为气液舱内壁。

当然，本实施例中，外置式气液舱3与浮体2也可以采用分体式结构，即二者分别生产，后期采用装配组装的形式将二者固定在一起。

本实施例中，作为优选，图3C所示，通气口310处安装了通气管5，如图3D所示，该通气管5的上端设置有连接法兰501。其中，空气透平及发电机系统1安装于该连接法兰501上。

下面结合图3B、图3C详细介绍波浪发电的基本过程。其中，在图3C所示的空气透平及发电机系统1中，空气透平为单向冲动式空气透平。

本实施例中，空气透平通过所述通气口310与气体腔311连通，所述空气透平配置为在所述气压差的作用下做功，发电机利用空气透平的做功发电。具体而言，在波浪的作用下气液腔309里的海水会上下运动，当气液腔309里的海水向上运动时，气体腔311的体积被压缩，其内部的空气被压缩，此时气体腔311内部的大气压力大于通气口310外部大气压力，从而形成第一压差，在所述第一压差的作用下形成自气体腔311向通气口310外部流动的第一气流。

第一气流通过通气管5进入到阀箱106，此时阀箱106内的气压也是大于外界大气压，所以在此压差的作用下整流片107紧贴着阀箱106的内壁面，将阀箱开孔108遮挡住，从而使得气流只能继续向上，经过导流锥105和静子104的加速变向后使得高速气流喷出到转子103的叶片上，从而带动转子103旋转，最终带动与转子103相连的发电机102旋转发电，实现将波浪能转换成电能的过程。

当气液腔309里的海水向下运动时，气体腔311的体积增大，其内部的大气压力小于通气口310外部大气压力，从而形成第二压差，在第二压差的作用下形成自通气口310向气体腔311内流动的第二气流，在该第二气流的作用下，阀箱106内的气压低于外界大气压；此时外界大气会推开整流片107通过阀箱开孔108进入到阀箱106，然后再通过通气管5进入到气体腔311中，为下一次的向上做功发电储备足够多的气体。

本实施例中，如图3C所示，空气透平的底部具有底部法兰109，空气透平及发电机系统1通过该底部法兰109安装于连接法兰501上。

需要说明的是，本实施例中所采用的单向冲动式空气透平及发电机均为现有技术，在此不做赘述。并且，本实施例中的单向冲动式空气透平的安装方式为利用第一气流做功，当单向冲动式空气透平安装方向相反时，利用第二气流进行做功。

当然，空气透平也可以采用Wells透平、双向冲动式透平等其他任意形态的可以用于振荡水柱式波浪能发电装置的空气透平。

作为优选，如图3C所示，本实施例的空气透平及发电机系统1顶部设置有保护帽101，用于保护空气透平及发电机系统1。

作为优选，如图3C、图3D所示，本实施中，在空气透平的外围设置有与连接法兰501连接在一起的挡浪板4，该挡浪板4用于保护空气透平及发电机系统1，以免空气透平及发电机系统1受到波浪的直接冲击。

本实施例中，如图3A所示，浮体2的底部还设置有配重6，用于降低浮体的重心，使浮体更稳定。

本实施例中，浮体2的下端面可以与外置式气液舱的下端面平齐，也可以设置为，浮体2的下端面突出于所述外置式气液舱3的下端面，或者，气液舱下端面比浮体下端面更低。

作为优选，本实施例中，如图3B所示，所述浮体2的下端面突出于所述外置式气液舱3的下端面设置。浮体部分漂浮在海洋里为整个波浪能发电装置提供浮力，在波浪的作用下浮体下端浸入到海水里的尺寸会发生变化，但不会完全脱离海面，一般情况下浮体沿竖直方向上至少有四分之一的高度一直沉浸在海水里。这对于气液舱来说，其最下端高于浮体部分的下端，并低于浮体高度的四分之一即可保证气液舱下端一直沉浸在海水里。

如此设置的有益效果为：（1）节省材料，降低质量，让波浪能发电装置更容易在波浪的作用下产生竖直方向上的运动，提升了波浪能吸收效率；（2）气液舱最低端上移，气液舱外壁沉浸在海水里的部分减少，从而气液舱外壁对波浪的反射作用降低，从而让更多的波浪能够进入气液舱做功。本实施例的波浪能发电装置，由于外置式气液舱配置于浮体的外侧，既可以与浮体一体加工而成，也可以与浮体分别加工，通过组装的方式结合在一起，其生产方式灵活，也有利于对现有使用的海洋浮标或浮体进行改造，基于较低的改造成本及较简便的改装工艺，有助于该波浪能发电装置的产业化应用。

本实施例中，外置式气液舱配置于浮体的外侧，相当于给浮体安装了一圈减震装置。当遇到浪大的台风天气时，相对于浮体剧烈运动的波浪会首先涌进气液腔，而气液腔里面有大量的可压缩并且会通过空气透平进行释放的空气，这样就会阻止波浪剧烈向上运动，使波浪向上的力在气液腔内经空气透平和发电机系统得到缓慢的释放，从而避免了浮体所产生的浮力剧增，也避免了浮力剧增所导致的波浪将浮体抛起等对装置本身以及搭载在装置上端设备会产生损害的剧烈运动。另一方面，当波浪能发电装置在波浪的作用下发生倾斜时，较低侧气液腔内的空气会被压缩的更厉害，产生更多向上的力，从而阻止波浪能发电装置进一步倾斜，协助其恢复正常姿态，从而达到降低波浪能发电装置倾斜幅度的目的。

需要说明的是，本实施例中，如图3A、图3B以及图3D所示，浮体2为圆柱形结构，对应的，外置式气液舱3为对应的圆环状结构。

作为等同的可替换实施方式，如图3E所示，浮体2可以为方柱形结构，对应的，外置式气液舱3也为方环状结构。

作为另一种等同的可替换实施方式，如图3F所示，浮体2为圆柱形结构，对应的外置式气液舱3为锥状结构。该实施方式中，气液舱外壁302为锥状的结构。

作为另一种等同的可替换实施方式，如图3G所示，浮体2为圆柱形结构，外置式气液舱3包括圆柱段和锥状段。其中，气液舱外壁包括上部的圆柱外壁3021和下部的圆锥外壁3022。

当然，上述外置式气液舱3的外部形状仅为可行的等同实施方式，但并非对本申请的限制，其外置式气液舱3的外部形状也可以是其他可等同替换的形状。

实施例五

下面将结合图4A、图4B以及图2A对本实施例进行说明。

本实施例与实施例四的区别在于，如图4A、图4B以及图2A所示，外置式气液舱3并非封闭的环状结构，其采用的是实施例二所示类型的外置式气液舱结构，配置于浮体2的部分外侧壁上。

在本实施例中，外置式气液舱3与浮体2既可以采用一体式结构，也可以采用分体式结构，即二者分别生产，后期采用装配组装的形式将二者固定在一起。

本实施例公开了一种外置式气液舱3与浮体2为分体组装式的波浪能发电装置。如图图4B及图2A所示，外置式气液舱3与浮体2之间的连接结构包括突出设置于浮体外侧壁的第一连接板201和设置于气液舱侧壁306外部的第二连接板308，其中，上述第一连接板201和第二连接板308上设置有若干相互对应的螺栓连接孔，通过该连接孔实现二者之间的螺栓固定连接。

当然，螺栓连接仅为一种优选的联系方式，也可以采用其他等同的连接形式实现二者的连接。

为了实现外置式气液舱3与浮体2在连接之前配合定位，外置式气液舱3与浮体2之间的连接结构还包括设置于气液舱内壁与浮体的外侧壁之间导向定位结构。作为本实施例的优选实施方式，导向定位结构包括设置于浮体外侧壁上的导向限位板202和设置于气液舱内壁上的导向限位槽307。当然，导向限位槽也可以设置在浮体外壁上，导向限位板也可以设置在气液舱内壁上。

本实施例中，如图4A所示，图2A所示的通气口310处安装有通气管5，该通气管5用于安装空气透平及发电机系统，其中，通气管5的外围还设置有挡浪板4。需要说明的是，本实施例的波浪能发电装置的工作及发电原理，与实施例四相同。

实施例六

本实施例与实施例四的区别在于，如图5A、5B所示，采用实施例三所述的外置式气液舱。

本实施例中，外置式气液舱3通过连接结构203连接于浮体的外侧，通常，多个本实施例的外置式气液舱3均布环绕于浮体的外侧。其中，连接结构既可以采用焊接的方式固定外置式气液舱和浮体，也可以采用其他的例如螺栓连接等现有的连接方式。

本实施例中，如图5B所示，通气口310处安装有通气管5，该通气管5用于安装空气透平及发电机系统，其中，通气管5的外围还设置有挡浪板4。需要说明的是，本实施例的波浪能发电装置的工作及发电原理，与实施例四和实施例五相同。

实施例七

本实施例与实施例四、实施例五以及实施例六的区别在于，如图6A所示，浮体2的底部不设置配重。相应的，在浮体2的下方设置阻尼结构12。

其中，一种优选的阻尼结构12，如图6A所示，包括阻尼底板1201、环绕所述阻尼底板1201设置的阻尼侧板1202以及分别与所述阻尼底板1201和阻尼侧板1202连接的若干阻尼加强板1203。阻尼底板1201与阻尼侧板1202构成扁桶状结构，阻尼加强板1203的作用是使整个阻尼结构的强度更高。

其中，浮体2与阻尼结构12之间设置有连接装置。一种优选的连接装置，如图6A所示，该连接装置为刚性连接柱11，该刚性连接柱11的上端与浮体2固定连接，该刚性连接柱11的下端与阻尼结构12连接。需要说明的是，上述刚性连接柱11既可以采用实心棒状结构，也可以采用空心管状结构。

本实施例中，阻尼结构12的存在是为了产生更多竖直方向上的阻力，使得气液腔内的海水与气液腔之间的相对运动更剧烈，从而吸收到更多的波浪能。其工作原理为，从海平面竖直向下，在两个波长深度的海水里几乎不再受到波浪的作用力，所以本装置通过连接装置将阻尼结构12置于相对较深的海水里，使其不再受到波浪向上或者向下的作用力，避免了波浪能发电装置在波浪作用下产生同步运动。使波浪能发电装置整体发生竖直方向上的运动时产生阻力，增强了气液腔内海水与气液腔之间的相对运动。

实施例八

本实施例的一种波浪能发电装置，如图6B所示，其为在实施例四、实施例五以及实施例六的基础上，增加阻尼结构12。其中，阻尼结构12的位置如实施例七所示，通过连接装置设置在浮体的下方；阻尼结构12的结构，也可以同实施例七相同。

本实施例与实施例七的区别在于：其一，实施例七中的连接装置为刚性连接柱11，而本实施例中，连接装置为非刚性连接绳1802；其二，实施例七中未设置配重，而本实施例中，如图6B所示，浮体底部设置有配重6。

本实施例中的连接装置，如图6B所示，该连接装置为非刚性连接绳1802。其中，所述非刚性连接绳1802的上端通过上连接环1801与浮体2固定连接，所述非刚性连接绳1802的下端通过下连接环1803与阻尼结构12固定连接。

需要说明的是，上述非刚性连接绳1802既可以采用钢丝绳类的结构，也可以采用链条式的结构。

其中，非刚性连接绳1802的连接与刚性连接柱11的形式相比，其成本更低，使用更加的灵活，由此构成波浪能发电装置体积更小。

实施例九

本实施例公开的一种波浪能发电装置，如图7所示，在实施例四、实施例五、实施例六、实施例七以及实施例八的基础上，其中浮体2的底部可以设置有蓄液装置14，该蓄液装置包括至少一个蓄液舱，该蓄液舱配置有进水系统、排水系统以及控制所述进水系统和排水系统运行的控制器13。

本实施例一种优选的实施方式，如图7所示，蓄液装置14自上而下依次设置有三个蓄液舱，分别为第一蓄液舱1401、第二蓄液舱1402以及第三蓄液舱1403。

以最上面的第一蓄液舱1401为例，该第一蓄液舱1401由蓄液舱第一隔板14015和第二蓄液舱隔板14025所组成的一个密闭的小舱室，在该小舱室内设置有第一吸水泵14011、第一排水泵14013、第一吸水管14012以及第一排水管14014。其中第一吸水管14012的一端通过浮体2上的开口与外部海水相连通，另一端与第一吸水泵14011相连；第一排水管14014的一端通过浮体2上的开口与外部海水相连通，另一端与第一排水泵14013相连。第一吸水泵14011和第一排水泵14013以及其他的进水泵和排水泵在控制器13的作用下根据外界的波浪状况，依次从最底部的第三蓄液舱1403往上开始加水；或者依次从最上部的第一蓄液舱1401开始排水。

本实施例中，通过蓄液舱加水和排水的动作来改变波浪能发电装置整体的质量。此部分结构能产生的有益效果是：一、在台风天等极端天气下蓄液舱加水，使得装置重心下移，波浪能发电装置外漏在海面上的部分也减少，可以减少极端天气对波浪能发电装置的损坏；二、波浪能发电装置的固有频率与质量相关，当波浪能发电装置的固有频率与波浪频率接近时会达到共振，此时波浪能吸收效果最好；所以在控制器得到外部波浪的信息后调节蓄液舱的加水或排水来改变装置的质量，从而使装置的固有频率接近外界波浪的频率，最终使得波浪能发电装置与外界达到共振状态，使波浪能吸收效率最大化。

实施例十

由于外置式气液舱配置于浮体的外侧，并不会占用浮体顶部的空间，其浮体顶部的空间可以进行最大化的利用。

本实施例中，如图8所示，在实施例四至实施例九的基础上，在浮体2的顶部配置了太阳能发电系统16以及风能发电系统17，以实现多能互补，进一步提升该波浪能发电装置的使用性能和使用寿命。

此外，本实施例中，在浮体的顶部还安装了设备支撑架1501，该设备支撑架1501上安装了设备平台1502，从而实现搭载更多设备的目的。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种外置式气液舱，其特征在于，用于配置于浮体的外侧，所述外置式气液舱内部设置有气液腔，所述气液腔的下端为敞口并配置为液体自该敞口进入所述气液腔并可在气液腔内波动，所述气液腔的上端设置有至少一个通气口并配置为所述气液腔内液面与气液腔顶部之间形成气体腔，所述气体腔的体积随气液腔内液体的波动而变化，所述气体腔内的气压随体积变化进行调节并与通气口外部的气压形成气压差，所述气压差至少包括第一压差和第二压差，在所述第一压差的作用下形成自气体腔向通气口外部流动的第一气流，在第二压差的作用下形成自通气口向气体腔内流动的第二气流。

2.按照权利要求1所述的外置式气液舱，其特征在于，所述气液腔的形成至少包括：

环绕所述浮体的外壁设置的气液舱外壁；

与所述气液舱外壁相对设置的气液舱内壁或所述浮体的外壁，所述气液舱内壁与所述浮体的外壁适配；以及

气液舱上壁，所述气液舱上壁的外侧与气液舱外壁的顶端密封连接，所述气液舱上壁的内侧与所述气液舱内壁的上端或浮体外壁的上端密封连接。

3.按照权利要求1所述的外置式气液舱，其特征在于，所述气液腔的形成至少包括：

气液舱内壁，用于与部分所述浮体的外壁适配；

气液舱外壁，所述气液舱内壁与所述气液舱内壁相对设置；

气液舱侧壁，所述气液舱侧壁用于连接所述气液舱内壁和气液舱外壁的端部；

气液舱上壁，所述气液舱上壁分别与气液舱内壁、气液舱外壁以及气液舱侧壁的上端密封连接。

4.按照权利要求1所述的外置式气液舱，其特征在于，所述气液腔的形成至少包括筒状结构的气液舱外壁以及覆盖于所述气液舱筒壁上端的气液舱上壁，所述通气口设置于所述气液舱上壁上，所述浮体的外壁与气液舱外壁之间设置有连接结构。

5.按照权利要求1-4任一项所述的外置式气液舱，其特征在于，还包括至少一个分隔板，所述分隔板将所述气液腔分隔成若干互不相通的分气液腔，每个所述分气液腔至少配置有一个通气口。

6.一种波浪能发电装置，其特征在于，至少包括：

浮体；

权利要求1-5任一项所述的外置式气液舱，所述外置式气液舱配置于浮体的外侧；

空气透平，所述空气透平安装于通气口处且配置为通过所述通气口与气体腔连通，所述空气透平配置为在所述气压差的作用下做功；

发电机，所述发电机与空气透平连接并配置为利用空气透平的做功发电。

7.按照权利要求6所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述浮体的下端面突出于所述外置式气液舱的下端面设置。

8.按照权利要求6所述的波浪能发电装置，其特征在于，还包括配重，所述配重设置于浮体下部。

9.按照权利要求6所述的波浪能发电装置，其特征在于，还包括阻尼结构，所述阻尼结构设置于浮体的下方，所述阻尼结构与浮体的下部之间设置有连接装置。

10.按照权利要求9所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述阻尼结构包括阻尼底板、环绕所述阻尼底板设置的阻尼侧板以及分别与所述阻尼底板和阻尼侧板连接的阻尼加强板。

11.按照权利要求6所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述浮体配置为重量可调节，所述浮体的底部设置有至少一个蓄液舱，所述蓄液舱配置有进水系统、排水系统以及控制所述进水系统和排水系统运行的控制器。

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