CN111486046B - 一种收集波浪能发电的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种收集波浪能发电的装置，包括套筒和一底座，所述套筒的底部与所述底座相连接，所述底座上设有波浪能收集装置，所述套筒上设有开口，在所述开口处设有若干个导流叶片，所述套筒内设有机械能转化装置；所述波浪能收集装置用于收集波浪能。本发明提供的收集波浪能发电的装置在使用时漂浮在大海表面，通过系泊固定工作，导流叶片用于引流波浪至波浪能收集装置，再进一步引流至机械能转化装置将波浪能转化为电能，由此实现了收集波浪能并用于发电的目的。装置结构简单、成本低，且通过导流叶片引导波浪能进入套筒，在套筒内完成波浪能到电能的转换，减少了波浪能的损耗，实现高效的波浪能电能转化。

Description

一种收集波浪能发电的装置

技术领域

本发明涉及波浪能发电领域，更具体地，涉及一种收集波浪能发电的装置。

背景技术

地球表面百分之七十都是海洋，蕴含着无穷无尽的能量，如果能够充分利用海洋资源，高效率地对波浪能进行聚集然后进行转化，它的开发和利用对缓解能源危机和减少环境污染是非常重要的。汹涌的海浪运动产生巨大的、永恒的和环保的能量，如果能将海浪的动能及其他水面的波浪能充分利用起来，则世界能源的前景会相当广阔和光明。

波浪能发电可分为能量采集系统和能量转换系统两部分。采集系统的作用是捕获波浪能，在采集波浪能后通过能量转换系统将波浪能转化为其他需要的能量。

在如今的技术发展条件下，已经有非常多的波浪能发电技术被开发出来，主要原理是通过波浪能装置将波浪能首先转化为机械能，然后利用技术手段把机械能转化为电能。然而，波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源，发电效率极低。因此构建能够有效收集波浪能的装置就显得尤为重要了。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种波浪能收集装置，用于高效收集波浪能并将其转化为电能。

一种收集波浪能发电的装置，包括套筒和一底座，所述套筒的底部与所述底座相连接，所述底座上设有波浪能收集装置，所述套筒上设有开口，在所述开口处设有若干个导流叶片，所述套筒内设有机械能转化装置；所述波浪能收集装置用于收集波浪能。

本发明提供的收集波浪能发电的装置在使用时漂浮在大海表面，通过系泊固定工作，装置的套筒与底座相连接，在套筒上设有开口，在开口处设有若干个导流叶片，导流叶片用于引流波浪，通过开口进入套筒内部，套筒内部的波浪能收集装置将引流至套筒内部的波浪能进一步引导至套筒内部设置的机械能转化装置处，机械能转化装置将进入套筒的波浪能转化为机械能，同时将转化的机械能转化为电能，由此实现了收集波浪能并用于发电的目的。装置结构简单、成本低，且通过导流叶片引导波浪能进入套筒，在套筒内完成波浪能到电能的转换，减少了波浪能的损耗，实现高效的波浪能电能转化。

进一步，所述套筒包括外层套筒和内层套筒，所述套筒通过所述外层套筒的底部与所述底部相连接，所述开口设置在所述外层套筒上，所述机械能转化装置设置在所述内层套筒的内部，所述内层套筒的底部通过一平面与所述外层套筒的内壁相连接，内外层套筒上方设置为可开合，以防止外部流体流入内外层之间的缝。

外层套筒的底部与底座相连接，且开口设置在外层套筒上，因此外层套筒的作用为收集波浪能至底座上设置的波浪能收集装置处，波浪能收集装置将引流至外层套筒内的波浪能进一步引导至内层套筒内部的机械能转化装置处，内层套筒的底部通过一平面与外层套筒的内壁相连接，这一设计防止进入外层套筒的波能可能会沿着内外套筒之间的间隙向上传播，使波能集中进入内层套筒中，减少波浪能的损耗，因此内层套筒的作用是接收波浪，并起到引导作用，并通过机械能转换装置把接收到的波浪转化为电能。装置采用内外套筒的方式，每个套筒完成不同的功能，利用内外套筒的方式能够有效减少波浪能在引流到转化为电能的整个过程中产生的能量损耗，实现更加高效的波浪能转换。

进一步，所述外层套筒和所述内层套筒呈圆筒形。圆筒形的套筒减少波浪能在进入套筒内部的冲击力，首先减少了波浪能在引流到转化为电能的整个过程中产生的能耗，其次由于冲击力减少，装置在海洋表面不容易倾翻，能够长时间保持稳定。

进一步，所述内层套筒的高度与所述外层套筒的高度的比在1:1.5～1:2之间。内层套筒与外层套筒之间的高度比例，决定了从海洋引流至外层套筒内部的波浪能是否能够有效引导至内层套筒中完成波浪能到电能的转换，因此内层套筒的高度与外层套筒的高度的比一般在1:1.5～1:2之间，能够更加有效地使引导至波浪能收集装置的波浪能进一步引导至内层套筒的机械能转化装置中，使整个波浪能收集和转化的过程减少能耗，保持高效率收集并转化波浪能。

进一步，所述导流叶片可调节所述开口的开合。导流叶片为可活动的叶片，导流叶片的活动可以是开关控制的打开和关闭，导流叶片的活动能够影响开口的开合，因此在收集波浪能的过程中，可根据当前海洋波浪的情况关闭导流叶片中的一部分，或打开全部的导流叶片，使装置更有效收集波浪能。优选地，每个导流叶片的开闭控制可为独立的开关，更精准地控制所有导流叶片的开关。

进一步，所述导流叶片与所述外层套筒之间的夹角在0°～90°之间。导流叶片与外层套筒之前的夹角可调整，在控制导流叶片开关时可以控制导流叶片开闭的夹角，根据实际的海洋波浪的情况调节导流叶片的开闭角度，使装置更有效收集波浪能。在波浪冲击较大时，通过关闭导流叶片或减小导流叶片开闭的夹角，可保持装置在海洋表面的稳定，防止其发生倾翻。

进一步，在所述波浪能收集装置内设有配重件，在所述外层套筒的内壁上和/或所述内层套筒的外壁上设有配重件。外层套筒与内层套筒之间的空间可用于设置配重件，可选择在外层套筒的内壁设置，也可选择在内层套筒的外壁设置，通过设置配重件，增加装置在海洋表面漂浮的稳定性。同时还能在波浪能收集装置内设配重件，由于波浪能收集装置设置在底座上，在波浪能收集装置中设置配重件，使装置的重心低于装置的浮心，能够在海洋表面保持稳定地漂浮，由于装置的重心较稳，因此装置在遭遇到波浪冲击时也不会轻易发生倾倒，始终保持在稳定的状态，减少了维护维修的成本。

进一步，所述波浪能收集装置为锥体，所述锥体的倾斜角在45°～90°之间。锥体形的波浪能收集装置，当波浪被引导至会锥体处时，波浪能够绕着锥体的外表面旋转爬升，从而进入到内层套筒内部的机械能转化装置，锥体由于其形状的特殊性，能够起到使波浪向上攀升的作用，由此有利于波浪进入内层套筒内部，且减少波浪能的损耗。水流在内层套筒内部起伏，冲击大的时候会从上方开孔流出。同时，锥体的倾斜角也可以改变，根据海洋波浪的情况或外层套筒与内层套筒的高度比例等因素，对锥体的倾斜角进行改变，改变的范围可选在45°～90°之间，锥体的倾斜角的改变会影响锥体进入内层套筒的高度，能使波浪更容易进入内层套筒中的机械能转化装置。优选地，内层套筒底部与外层套筒内壁所连接的平面可为斜面，所述斜面使波浪更容易进入内层套筒，整个波能收集装置的结构受力会更小，从而使整个波能收集装置在海上保持更加稳定的状态。可选地，根据锥体的倾斜角的情况，锥体的高度与外层套筒的高度的比在1:2～1:3之间。

可选地，波浪能收集装置可根据具体海浪情况的需要设计为四棱锥、圆锥或螺旋状的锥体，同时也可以设计为两面体或其他任何适用的形状。

进一步，所述导流叶片呈圆弧形。导流叶片呈圆弧形，当导流叶片关闭时，导流叶片能够贴合外层套筒表面的弧度，则在导流叶片需要关闭时，能够更好地阻挡波浪的进入，同时圆弧形的导流叶片能够减少波浪在引流过程中对导流叶片产生冲击，由此减少了波浪冲击对装置的影响，使装置保持稳定不会侧翻。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明的装置利用套筒设计收集波浪能且转化为电能，整个收集和转化的过程在套筒内完成，能够减少波浪能的损耗，提高收集和转化的效果；

(2)采用内外套筒的设计，使内外套筒各有分工，更进一步减少了波浪能在收集、引导和转化过程中能量的损耗；

(3)波浪能收集装置优选地采用锥体设计，使波浪在进入套筒时能够利用锥体本身形状的特点向上攀升进入内层套筒，有效将波浪能转化为其他能量。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的装置的结构示意图。

图2为本发明实施例1提供的装置的另一结构示意图。

图3为本发明实施例1提供的装置的优选结构示意图。

图4为本发明实施例1提供的装置的侧面示意图。

图5为本发明实施例1提供的装置的另一结构示意图。

图6为本发明实施例1提供的装置在关闭部分导流叶片时的侧面示意图。

图7为本发明实施例1提供的装置在关闭部分导流叶片时的结构示意图。

图8为本发明实施例1提供的装置的俯视面示意图。

具体实施方式

本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

结合图1、2所示，本实施例提供一种收集波浪能发电的装置，包括外层套筒1、内层套筒2、底座3、波浪能收集装置4、机械能转化装置5。外层套筒1的底部与底座3相连接，外层套筒1上设有开口，在开口处设有若干个导流叶片6，波浪能收集装置4设置在底座3上，机械能转化装置5设置在内层套筒2的内部，内层套筒2的底部通过一平面A与所述外层套筒1的内壁相连接，优选地，如图3所示，外层套筒1和内层套筒2的上方设置为可开合，以防止外部流体流入内外层之间的缝。

本实施例提供的收集波浪能发电的装置在应用时漂浮在大海表面，通过系泊固定工作。装置的外层套筒1的底部与底座3相连接，且外层套筒1上设有开口，开口处设有若干个导流叶片6，可见外层套筒1的作用是利用开口和导流叶片6引导并收集波浪能至底座3的波浪能收集装置4处，波浪能收集装置4将波浪引导至内层套筒2内部的机械能转化装置5处，平面A连接内层套筒2的底部和外层套筒1的内壁，这一设计防止进入外层套筒1的波能可能会沿着内外套筒之间的间隙向上传播，使波能集中进入内层套筒2中，减少波浪能的损耗。内层套筒2中的机械能转化装置5由此将进入内层套筒2内部的波浪能转化为机械能，再将机械能转化为电能。可选地，机械能转化装置5可为涡轮发动机等其他相似的机械能转化装置。

本实施例提供的装置结构简单、成本低，且通过导流叶片6引导波浪进入外层套筒1和内层套筒2中，在套筒内，波浪能转换装置，该装置为透平类的装置，流体流过转子时流体冲击叶片，推动转子转动，从而驱动透平轴旋转，完成波浪能到电能的转换，减少了波浪能的损耗，实现高效的波浪能转换。

结合图1、2、4所示，波浪能收集装置4为圆锥体，圆锥体的倾斜角在45°～90°之间。当波浪被引导至圆锥体形的波浪能收集装置处时，波浪能够绕着圆锥体的外表面旋转爬升，从而进入到内层套筒2内部的机械能转化装置5，圆锥体由于其形状的特殊性，能够起到使波浪向上攀升的作用，由此有利于波浪进入内层套筒2内部，且减少波浪能的损耗。

优选地，如图5所示，所述内层套筒2的顶部为开孔形式，所述机械能发电装置5可设置在内层套筒2的孔道中，内层套筒2的孔道直径D可根据实际需要而定。

优选地，所述平面A可为斜面，该斜面使波浪更容易进入内层套筒2中，整个波能收集装置的结构受力会更小，从而使整个波能收集装置在海上保持更加稳定的状态。

优选地，根据圆锥体的倾斜角的情况，圆锥体的高度与外层套筒1的高度的比在1:2～1:3之间。

结合图1、2所示，本实施例提供的装置的外层套筒1和内层套筒2均呈圆筒形，圆筒形的套筒减少波浪能在进入套筒内部的冲击力，首先减少了波浪能在引流到转化为电能的整个过程中产生的能耗，其次由于冲击力减少，装置在海洋表面不容易倾翻，能够长时间保持稳定。可选地，波浪能收集装置4可根据具体海浪情况的需要设计为四棱锥或螺旋状的锥体，同时也可以设计为两面体或其他任何适用的形状。

优选地，所述内层套筒2的高度与外层套筒1的高度比在1:1.5～1:2之间，内层套筒2与外层套筒1之间的高度比例，决定了从海洋引流至外层套筒1内部的波浪能是否能够有效引导至内层套筒2中完成波浪能到电能的转换。

优选地，导流叶片6为可活动的叶片，可调节开口的开合，导流叶片6的打开和关闭可以通过独立开关或统一开关实现。在收集波浪能的过程中，可根据当前海洋波浪的情况关闭导流叶片6中的一部分，或打开全部的导流叶片6，使装置更有效收集波浪能。结合图6、7所示，所有的导流叶片6中，有若干个导流叶片6a呈关闭状态，有若干个导流叶片6b仍然呈打开的状态。

优选地，导流叶片6与外层套筒1之间的夹角可在0°～90°之间。如图8所示，本实施例中当导流叶片6全部打开时，导流叶片6与外层套筒1的夹角约为45°。导流叶片与外层套筒之前的夹角可调整，在控制导流叶片开关时可以控制导流叶片开闭的夹角，根据实际的海洋波浪的情况调节导流叶片的开闭角度，使装置更有效收集波浪能。在波浪冲击较大时，通过关闭导流叶片或减小导流叶片开闭的夹角，可保持装置在海洋表面的稳定，防止其发生倾翻。

优选地，在外层套筒1的内壁上和/或内层套筒2的外壁上设有配重件。外层套筒1与内层套筒2之间的空间可用于设置配重件，可选择在外层套筒1的内壁设置，也可选择在内层套筒2的外壁设置，通过设置配重件，增加装置在海洋表面漂浮的稳定性。

优选地，波浪能收集装置4为中空结构，内可设配重件，由于波浪能收集装置4设置在底座3上，在波浪能收集装置4中设置配重件，使整个装置的重心低于装置的浮心，能够在海洋表面保持稳定地漂浮，由于装置的重心较稳，因此装置在遭遇到波浪冲击时也不会轻易发生倾倒，始终保持在稳定的状态，减少了维护维修的成本。

优选地，导流叶片6可呈圆弧形。导流叶片6呈圆弧形，当导流叶片6关闭时，导流叶片6能够贴合外层套筒1表面的弧度，则在导流叶片6需要关闭时，能够更好地阻挡波浪的进入，同时圆弧形的导流叶片6能够减少波浪在引流过程产生的冲击力，由此减少了波浪冲击对装置的影响，使装置保持稳定不会侧翻。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种收集波浪能发电的装置，其特征在于，包括套筒和一底座，所述套筒包括外层套筒和内层套筒，所述外层套筒的底部与所述底座相连接，所述底座上设有波浪能收集装置，所述外层套筒上设有开口，在所述开口处设有若干个导流叶片，所述内层套筒的内部设有机械能转化装置；所述波浪能收集装置用于收集波浪能；所述波浪能收集装置为锥体；所述内层套筒的底部通过一平面与所述外层套筒的内壁相连接。

2.根据权利要求1所述的收集波浪能发电的装置，其特征在于，所述外层套筒和所述内层套筒呈圆筒形。

3.根据权利要求1所述的收集波浪能发电的装置，其特征在于，所述内层套筒的高度与所述外层套筒的高度的比在1:1.5～1:2之间。

4.根据权利要求1所述的收集波浪能发电的装置，其特征在于，所述导流叶片可调节所述开口的开合。

5.根据权利要求1所述的收集波浪能发电的装置，其特征在于，所述导流叶片与所述外层套筒之间的夹角在0°～90°之间。

6.根据权利要求1所述的收集波浪能发电的装置，其特征在于，在所述波浪能收集装置内设有配重件，在所述外层套筒的内壁上和/或所述内层套筒的外壁上设有配重件。

7.根据权利要求1所述的收集波浪能发电的装置，其特征在于，所述锥体的倾斜角在45°～90°之间。

8.根据权利要求1～7任一项所述的收集波浪能发电的装置，其特征在于，所述导流叶片呈圆弧形。

9.根据权利要求1～7任一项所述的收集波浪能发电的装置，其特征在于，所述锥体的高度与所述外层套筒的高度的比在1:2～1:3之间。

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