CN112709666B - 一种波浪能发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于发电设备技术领域。为了实现对海洋能的利用，本发明公开了一种波浪能发电装置。该波浪能发电装置，包括波浪能收集转换单元和波浪能发电单元；其中，所述波浪能收集转换单元与海水直接接触，对波浪能进行收集并转换为压缩气体；所述波浪能发电单元以压缩气体作为动力源，驱动导线切割磁感线产生感应电动势进行发电。本发明的波浪能发电装置可以实现对海洋能的无污染利用并高效转换为电能。

Description

一种波浪能发电装置
技术领域
本发明属于发电设备技术领域，具体涉及一种波浪能发电装置。
背景技术
海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋可以通过各种物理过程进行接收、储存和散发能量，其中这些能量以潮汐能、波浪能、温差能、盐差能、海流能等形式存在。海洋能的利用是指利用一定的方法和设备，将各种海洋能转换成电能或其他可被直接利用的能量。
由于海洋能具有可再生性以及对环境友好无污染等优点，是一种具有极高战略意义的新能源，并且我国拥有着狭长的海岸线，为海洋能的利用提供了天然的便利条件，因此对于海洋能的开发和利用具有重要的现实意义。
发明内容
为了实现对海洋能的利用，本发明提出了一种波浪能发电装置。该波浪能发电装置，包括波浪能收集转换单元和波浪能发电单元；其中，所述波浪能收集转换单元与海水直接接触，对波浪能进行收集并转换为压缩气体；所述波浪能发电单元以压缩气体作为动力源，驱动导线切割磁感线产生感应电动势进行发电。
优选的，所述波浪能收集转换单元包括收集转换管和工作气体；其中，所述收集转换管的一端延伸至海水中，所述收集转换管的另一端直接与外界大气连通；所述波浪能发电单元位于所述收集转换管内，并且将所述收集转换管分割为第一控制腔和第二控制腔，所述第一控制腔与海水接触并且充有工作气体，第二控制腔则直接与外界大气连通。
进一步优选的，所述第一控制腔为变径腔结构；其中，所述第一控制腔中靠近海水的一端为大径端，靠近所述波浪能发电单元的一端为小径端。
进一步优选的，所述波浪能发电单元包括导线板、上磁板、下磁板和电流变频器；其中，所述上磁板和所述下磁板位于所述收集转换管的内表面并产生磁场，所述导线板位于所述收集转换管内并且设有导线，而导线与所述电流变频器连接；所述导线板在所述第一控制腔和所述第二控制腔之间的气体压力差作用下，可以在所述上磁板和所述下磁板之间的磁场内进行往复移动，以带动导线切割磁感线。
进一步优选的，所述导线板上设有多条导线并且采用并联方式平行布设。
进一步优选的，所述收集转换管的内部表面设有滑轮槽，所述导线板上设有滑轮，并且所述滑轮位于所述滑轮槽，以带动所述导线板在所述收集转换管内进行往复移动。
进一步优选的，该波浪能发电装置还设有复位辅助结构，以辅助驱动所述导线板由所述第二控制腔向所述第一控制腔的方向移动。
进一步优选的，所述复位辅助结构由所述滑轮槽和滑轮组成，其中所述滑轮槽为斜面凹槽结构，所述滑轮通过伸缩杆与导线板连接，并且所述伸缩杆上套设有弹簧；所述导线板由所述第一控制腔向所述第二控制腔的方向移动的过程中，所述滑轮槽驱动所述伸缩杆进行回收并对所述弹簧产生压缩作用力；所述导线板由所述第二控制腔向所述第一控制腔的方向移动的过程中，所述弹簧释放压缩作用力并驱动所述伸缩杆进行伸出。
进一步优选的，所述滑轮槽上设有限位块，以限定所述导线板沿所述滑轮槽往复移动的最大行程距离。
优选的，该波浪能发电装置还设有气压控制阀；所述气压控制阀与所述收集转换管固定连接，以控制所述第一控制腔中的气体压力。
采用本发明提出的波浪能发电装置进行发电操作，具有以下有益效果：
1、在本发明中，通过波浪能收集转换单元与海水的直接接触，就可以对波浪能进行收集并转换为压缩气体，在不对压缩气体进行二次处理的情况下直接将其作为动力源，以驱动导线切割磁感线产生感应电动势，从而将波浪能转换为电能。这样，不仅实现对海洋能的无污染利用，而且避免了对压缩气体进行存储或长距离输送造成的能量损耗，大大提高对海洋能的利用率。
2、在本发明中，通过采用滑轮与滑轮槽的方式进行导线板与收集转换管之间的滑动连接，并且将滑轮槽设计为斜面凹槽结构，滑轮通过伸缩杆和弹簧与导线板连接。此时，由波浪能转换而成的压缩气体就会分为两部分进行利用，一部分用于驱动导线板切割磁感线直接转换为电能，另一部分用于压缩弹簧转换为压缩势能，而弹簧的压缩势能则用于辅助驱动导线板的反向移动，使导线板可以在第一控制腔和第二控制腔之间压力差以及弹簧压缩势能的共同作用下，向第一控制腔的方向进行移动并达到最大行程距离。这样，就能够利用弹簧的压缩势能消除波浪起伏发生较大变化而导致第一控制腔和第二控制腔之间压差发生的较大变化，尤其是补偿第一控制腔和第二控制腔之间压差变小的问题，从而稳定导线板往复移动的行程距离，提高将波浪能转换为电能的稳定性。
3、在本发明中，通过将第一控制腔设计为变径结构形式，使靠近海水的一端为大径端、靠近导线板的一端为小径端。这样，不仅可以在海水上涨时利用变径结构提高对第一控制腔内工作气体的压缩效果，获得具有更高压力的压缩气体，提高对导线板更长距离的驱动效果，而且可以在海水下降时利用变径结构提高第一控制腔内工作气体的降压速度和幅度，获得更低压力，从而提高第一控制腔和第二控制腔之间的压力差，提高导线板反向移动的距离，提高对磁感线的切割效果。
附图说明
图1为本实施例中波浪能发电装置的结构示意图；
图2为本实施例中导线板与收集转换管连接的局部结构示意图；
图3为本实施例中滑轮与滑轮槽连接的局部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细介绍。
本实施例的波浪能发电装置，包括波浪能收集转换单元和波浪能发电单元。其中，波浪能收集转换单元与海水直接接触，对波浪能进行收集并转换为压缩气体；波浪能发电单元再以压缩气体作为动力源，驱动导线切割磁感线产生感应电动势，从而进行发电。
结合图1所示，在本实施例中，波浪能收集转换单元包括收集转换管11和工作气体。其中，收集转换管11的一端延伸并淹没在海水中，另一端沿水平方向位于陆地上并且借助通气格栅12直接与外界大气连通。波浪能发电单元位于收集转换管11内，并且将收集转换管11的内腔分割为第一控制腔111和第二控制腔112，第一控制腔111与海水接触并且充有工作气体，第二控制腔112则直接与外界大气连通。
在本实施例中，直接采用周围空气作为工作气体并且预先充入第一控制腔中，同样在其他实施例中，根据该波浪能发电装置安装使用环境的不同，例如海水与工作气体之间的溶解情况甚至是否存在反应消耗情况，也可以选用其他特殊气体作为工作气体。
此时，随着海水运动产生的波浪起伏运动，就可以对第一控制腔中的工作气体产生压缩做功，从而将波浪能转换为压缩气体，进而就可以由压缩气体再对收集转换管道中的波浪能发电单元进行做功，实现波浪能发电单元的发电。
结合图1所示，在本实施例中，波浪能发电单元包括导线板21、上磁板22、下磁板23、电流变频器24和蓄电池25。其中，上磁板23和下磁板24位于收集转换管11的内表面并相对设置产生磁场，导线板21上铺设有导线，并且可以在上磁板23和下磁板24之间形成的磁场中往复移动，同时导线板21的导线与电流变频器24连接，电流变频器24与蓄电池25连接。
此时，在海水运动产生的波浪起伏运动过程中，当收集转换管中的海面升高时，第一控制腔的容积减小，第一控制腔中的气体被压缩做功形成压缩气体，同时第二控制腔与外界大气保持连通处于标准大气压环境，这样导线板在第一控制腔和第二控制腔之间的压力差作用下开始向第二控制腔的方向移动，从而带动导线切割上磁板和下磁板之间磁场中的磁感线并形成感应电动势，进而通过电流变频器转换形成电流并存储至蓄电池。反之，当收集转换管中的海面降低时，第一控制腔的容积变大，第一控制腔内形成小于外界大气压的负压状态，而第二控制腔与外界大气依然保持连通处于标准大气压环境，这样导线板在第一控制腔和第二控制腔之间的压力差作用下开始向第一控制腔的方向移动，从而带动导线反向切割上磁板和下磁板之间磁场中的磁感线并形成感应电动势，进而再通过电流变频器转换形成电流并存储至蓄电池。
在本实施例中，收集转换管中第二控制腔段采用变径管的结构形式，并且靠近海水的一端为大径端，靠近导线板的一端为小径端。这样，在借助大径端引入更多海水的情况下，当收集转换管内海水面升高压缩第一控制腔中工作气体的时候，就可以再借助变径结构的小径端进一步提升对工作气体的压缩效果，从而获得具有更高压力的压缩气体，提高对导线板的驱动效果，使导线板可以在单次移动过程中完成对更多磁感线的切割，产生并维持更长时间的感应电动势，提高对波浪能的转换发电效率。同时，在海水下降时利用变径结构可以提高第一控制腔内工作气体的降压速度和幅度，获得更低压力，从而提高第一控制腔和第二控制腔之间的压力差，增加导线板反向移动的距离，提高对磁感线的反向切割效果
此外，在本实施例的导线板上铺设有多条导线，并且多条导线之间采用并联方式平行布设，从而实现多条导线对磁感线的切割操作，进一步提高对波浪能的转换发电效率。
结合图1至图3所示，在本实施例中，导线板21与收集转换管11之间采用滑轮滑槽的方式进行连接。其中，在导线板21上设有滑轮211，在收集转换管11的内表面设有滑轮槽113，并且滑轮211位于滑轮槽113中。这样，不仅可以利用滑轮槽对导线板的往复移动进行导向，保证导线板上的导线对磁感线进行垂直切割，提高转换发电效率，而且还可以最大限度降低导线板往复移动过程中的摩擦损耗，提高将波浪能转换为电能的效率。
进一步，结合图3所示，在本实施例中，将滑轮槽113设计为斜面凹槽结构，滑轮211通过伸缩杆212与导线板21连接，并且在伸缩杆212上套设有一个弹簧213。此时，当导线板21由第一控制腔111向第二控制腔112的方向移动过程中，随着滑轮211沿滑轮槽113的移动会逐渐克服弹簧213使伸缩杆212回缩，使导线板21停止继续移动时弹簧213处于并保持在压缩状态。
在此情况下，波浪能在第一控制腔产生的压缩气体就会分为两部分进行利用，其中一大部分用于驱动导线板切割磁感线直接转换为电能，另一小部分则用于压缩弹簧转换为压缩势能。
这样，借助由滑轮槽和滑轮组成的复位辅助结构，就可以辅助驱动导线板由第二控制腔向第一控制腔的方向移动，即在后续第一控制腔中海面降低时，导线板就可以在第一控制腔和第二控制腔之间压力差以及弹簧压缩势能的共同作用下，快速向第一控制腔的方向进行移动并达到最大行程距离，使导线板可以有效地进行往复移动，保证对磁感线的有效切割。
在本实施例中，通过将滑轮槽设计为斜面槽结构，将弹簧设置在滑轮上，这样可以根据导线板的移动距离形成对弹簧的压缩做功，即导线板移动距离短时，可以降低对弹簧的压缩，从而使更多的压缩空气驱动导线板移动切割磁感线，反之当导线板移动距离长时，可以增加对弹簧的压缩效果，从而获得更大的压缩势能以保证后续对导线板反向驱动的效果，进而达到对压缩空气的最大利用效率。同样，在其他实施中，也可以采用其他结构形式的复位辅助结构驱动导线板由第二控制腔向第一控制腔的方向移动。例如，直接在滑轮槽中靠近第二控制腔的终端设置弹簧，当导线板移动至靠近滑轮槽终端位置时再对弹簧进行压缩作用，使弹簧具备压缩势能以驱动导线板进行反向移动。
此外，结合图1所示，在本实施例的滑轮槽113的两端分别设有一个限位块26，用于限定导线板21往复移动的最大距离，从而避免海面起伏过大时可能对导线板21造成过度驱动做功而产生的破坏，以提高对导线板21的保护，保证整个波浪能发电装置的使用寿命。
另外，该波浪能发电装置还设有一个气压控制阀13。气压控制阀13与收集转换管11固定连接，用于控制第一控制腔111中的气体压力。这样，通过气压控制阀可以对第一控制腔中的压缩气体进行快速释放，从而停止对导线板的驱动做功，以便于对整个装置进行临时或紧急停机操作。

Claims (5)

1.一种波浪能发电装置，其特征在于，包括波浪能收集转换单元和波浪能发电单元；其中，所述波浪能收集转换单元与海水直接接触，对波浪能进行收集并转换为压缩气体；所述波浪能发电单元以压缩气体作为动力源，驱动导线切割磁感线产生感应电动势进行发电；所述波浪能收集转换单元包括收集转换管和工作气体；其中，所述收集转换管的一端延伸至海水中，所述收集转换管的另一端直接与外界大气连通；所述波浪能发电单元位于所述收集转换管内，并且将所述收集转换管分割为第一控制腔和第二控制腔，所述第一控制腔与海水接触并且充有工作气体，第二控制腔则直接与外界大气连通；所述波浪能发电单元包括导线板、上磁板、下磁板和电流变频器；其中，所述上磁板和所述下磁板位于所述收集转换管的内表面并产生磁场，所述导线板位于所述收集转换管内并且设有导线，而导线与所述电流变频器连接；所述导线板在所述第一控制腔和所述第二控制腔之间的气体压力差作用下，可以在所述上磁板和所述下磁板之间的磁场内进行往复移动，以带动导线切割磁感线；所述收集转换管的内部表面设有滑轮槽，所述导线板上设有滑轮，并且所述滑轮位于所述滑轮槽，以带动所述导线板在所述收集转换管内进行往复移动；该波浪能发电装置还设有复位辅助结构，以辅助驱动所述导线板由所述第二控制腔向所述第一控制腔的方向移动；所述复位辅助结构由所述滑轮槽和所述滑轮组成，其中所述滑轮槽为斜面凹槽结构，所述滑轮通过伸缩杆与导线板连接，并且所述伸缩杆上套设有弹簧；所述导线板由所述第一控制腔向所述第二控制腔的方向移动的过程中，所述滑轮槽驱动所述伸缩杆进行回收并对所述弹簧产生压缩作用力；所述导线板由所述第二控制腔向所述第一控制腔的方向移动的过程中，所述弹簧释放压缩作用力并驱动所述伸缩杆进行伸出。
2.根据权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述第一控制腔为变径腔结构；其中，所述第一控制腔中靠近海水的一端为大径端，靠近所述波浪能发电单元的一端为小径端。
3.根据权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述导线板上设有多条导线并且采用并联方式平行布设。
4.根据权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述滑轮槽上设有限位块，以限定所述导线板沿所述滑轮槽往复移动的最大行程距离。
5.根据权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于，该波浪能发电装置还设有气压控制阀；所述气压控制阀与所述收集转换管固定连接，以控制所述第一控制腔中的气体压力。
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