CN115387950A - 一种波浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种波浪能发电装置。涉及能源发电技术领域。该波浪能发电装置包括锚泊装置、浮子组件和能量转换机构。锚泊装置配置成可悬浮在海水中。浮子组件包括至少两块翼板，各翼板绕水平延伸的轴线转动连接在锚泊装置上。能量转换机构与各翼板传动连接，以在翼板和发电机之间传递和/或转换能量。通过设置翼板，且翼板中的浮板为瓦形且竖向放置，可以使翼板在一个波浪中的任何位置均可做摆动运动，以使翼板可以持续收集波浪能，进而使发电机持续发电。提高了发电装置的能量利用率。

Description

一种波浪能发电装置

技术领域

本发明涉及能源发电技术领域，特别是涉及一种波浪能发电装置。

背景技术

目前，波浪能发电装置多采用传统的点吸式，即通过浮子的上下直线往复运动，带动能量转换装置内动子运动，以完成海洋能向电能转换。这种发电方式中，浮子的运行形式较为单一，只有上下往复运动，而波浪的形状比较多变，也就是现有的浮子运动形式无法充分利用波浪的变化，所以现有的点吸式波浪发电机存在能量利用率低的问题。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的波浪能发电装置，能够解决浮子运动形式单一的问题，以提高发电装置的能量利用率。

具体地，本发明提供了一种波浪能发电装置，包括发电机，还包括：

锚泊装置，所述锚泊装置配置成悬浮在海水中。

浮子组件，所述浮子组件包括至少两块翼板，各所述翼板绕水平延伸的轴线转动连接在所述锚泊装置上。

能量转换机构，所述能量转换机构与各所述翼板传动连接,以在所述翼板和所述发电机之间传递和/或转换能量。

可选地，至少一块翼板为C型，其包括：

浮板，所述浮板为瓦形且竖向放置，所述浮板的外侧面为圆柱面。

连接耳，所述连接耳有两个并形成于所述浮板的两端，两所述连接耳上相对设置有与所述锚泊装置连接的铰接结构。

可选地，所述翼板有两块且开口侧相对设置，两所述翼板的所述连接耳相错分布。

可选地，所述锚泊装置包括：

工作舱，所述工作舱与所述浮子组件连接，所述能量转换机构和所述发电机安装在所述工作舱内。

支撑杆，所述支撑杆为杆状并固定在所述工作舱下侧，所述支撑杆内填充有浮力材料。

阻尼盘，所述阻尼盘连接在所述支撑杆的下端。

连接装置，所述连接装置连接阻尼盘和海底。

可选地，所述阻尼盘内填充有浮力材料，所述阻尼盘内形成有沿径向延伸的浸水腔，所述浸水腔的中部为比两端窄的节流段，并且所述浸水腔的两端关于所述阻尼盘的中心对称，所述浸水腔的端部连通有位于所述阻尼盘底部且与外界相通的过流孔。

可选地，所述节流段有两道以上并上下间隔分布，并且位于最底部的一道所述节流段连通在所述浸水腔两端的底部而形成U形封闭水道。

可选地，所述浸水腔有两个以上，各浸水腔的中部交汇在所述阻尼盘的中心位置，其他部分呈星型分布。

可选地，所述能量转换机构包括与各个翼板一一对应连接的换能单元，所述换能单元包括：

摆动液压缸，所述摆动液压缸的输入端与所述翼板连接，所述摆动液压缸还具有进出油相互反向的第一输出端和第二输出端。

液压桥，所述液压桥上设置有与第一输出端连接的第一换向油路以及、与所述第二输出端连接的第二换向油路，所述第一换向油路和所述第二换向油路配置成：

将所述第一输出端和所述第二输出端中吸油的一个与油箱相通，将排油的一个与液压马达相通。

可选地，所述第一换向油路和/或第二换向油路包括：

第一单向阀，所述第一单向阀配置成单向的向所述摆动液压缸送油。

第二单向阀，所述第二单向阀配置成单向的供所述摆动液压缸排油，并且所述第二单向阀和所述第一单向阀并联设置。

可选地，各换能单元相互并联并连接在同一所述液压马达上，所述液压马达的输出端连接发电机的输出端。

本发明的波浪能发电装置中，通过设置翼板，且翼板中的浮板为瓦形且竖向放置，这样设置可以使翼板在一个波浪中的任何位置均可被波浪带动绕锚泊装置做摆动运动，以使翼板可持续收集波浪能，进而使发电机持续输出电能。提高了发电装置的能量利用率。

进一步地，本发明的波浪能发电装置中，通过在阻尼盘内部设置浸水腔，并在浸水腔中填充水，利用水的惯性使阻尼盘在水中摇摆会产生复原力矩的原理，减小波浪能发电装置的摇摆运动，增强波浪能发电装置的稳定性。浮力材料可以避免阻尼盘等在意外泄漏情况下沉入水底。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的波浪能发电装置的示意性结构图；

图2是根据本发明一个实施例的波浪能发电装置在波谷处的示意性结构图；

图3是根据本发明一个实施例的波浪能发电装置在波峰处的示意性结构图；

图4是根据本发明一个实施例的波浪能发电装置在波峰与波谷之间的示意性结构图；

图5是根据本发明一个实施例的波浪能发电装置在波谷与波峰之间的另一视角的示意性结构图；

图6是根据本发明一个实施例的波浪能发电装置的局部剖视图；

图7是根据图6所示的阻尼盘的A-A剖视图；

图8是根据本发明一个实施例的波浪能发电装置中的能量转换装置的示意性结构图。

具体实施方式

参考图1和图8，本发明实施例提供了一种波浪能发电装置1，包括发电机34、锚泊装置10、浮子组件20和能量转换机构30。

锚泊装置10配置成悬浮在海水中。浮子组件20包括至少两块翼板21，各翼板21均设置为中空密封体，内部填充自然浮力材料70，各翼板21绕水平延伸的轴线转动安装在锚泊装置10上。当翼板21与波浪相遇时，翼板21被波浪带动绕锚泊装置10做往复摆动运动。这样设置可以收集更多的波浪能并且将波浪能转化为机械能。能量转换机构30与各翼板21传动连接，且与发电机传动连接，以在翼板21和发电机34之间传递和/或转换能量。优选地，能量转换机构30和发电机34设置在锚泊装置10上。

参考图2至图5，波浪能发电装置工作时，当翼板21与波浪相遇时，翼板21被带动做往复摆动运动，以使波浪中的波浪能被转换为机械能。能量转换机构30将翼板21的机械能传递给发电机34和/或转换成与发电机34适配的能量形式，例如机械能、化学能等。发电机34就能够利用波浪进行发电。通过往复摆动可在波浪上升和回落的过程中均可发电，发电效率高。而且，翼板21为旋转的方式，相比于点吸式往复运动液压缸，本申请的密封更加可靠。

如图1所示，在本发明的一些实施例中，至少一块翼板21为C型，其包括浮板211和连接耳212，浮板211为瓦形且竖向放置，浮板211的外侧面为圆柱面。连接耳212有两个并形成于浮板211的左右两端，两连接耳212上相对设置有与锚泊装置10连接的铰接结构。优选地，两个连接耳212与浮板211配置成为一个整体，两个连接耳212的另一端均开设有通孔；铰接机构可为连接杆，连接杆的一端插入通孔内，连接杆的另一端与锚泊装置10上的能量转换机构30连接。

浮板211在遇到波浪时被波浪带动上下起伏，在连接耳212的约束下，浮板211绕对应的连接杆的轴线做旋转运动，即摆动运动，将波浪能转化为机械能。由于浮板211竖直设置且外侧面成圆柱面，这样设置可以增强浮板211的受力，便于浮板211被波浪带动做摆动运动，防止浮板211在波浪中不工作，不能进行发电，能量转化效率高。

在本发明的一些优选实施例中，翼板21有两块且开口侧相对设置，两翼板21的连接耳212相错分布。即两翼板21相对且独立设置，这样设置可以使翼板21分别从两个方向独立收集波浪能，增加翼板21所能收集的波浪能，提高翼板21对波浪能的利用效率。

参考图1，在本发明的一些实施例中，锚泊装置包括工作舱40、支撑杆50、阻尼盘60和连接装置80，

工作舱40与浮子组件20连接，能量转换机构30和发电机34安装在工作舱40内。优选地，工作舱40配置成长方体状的密封壳体，工作舱40左右两端开设有通孔，以使连接杆可从通孔中穿过，进而使连接杆与工作舱40外部的连接耳212连接。这样设置可以防止海水渗入工作舱40内进而损坏能量转换机构30并影响发电机34发电。

支撑杆50为杆状并固定在工作舱40下侧，支撑杆50内填充有浮力材料70。优选地，支撑杆50为细杆，支撑杆50的一端固定设置在工作舱40底部，支撑杆50的另一端向下延伸。支撑杆50内填充的浮力材料70可为自然浮力材料，例如：泡沫玻璃、泡沫塑料、木材等。这样设置使得没有影响翼板21摆动的结构，可增加翼板21的摆动角度，便于翼板21摆动。

阻尼盘60连接在支撑杆50的下端。优选地，阻尼盘60的上表面与支撑杆50的下端连接。阻尼盘60设置成盘状以增大在竖直方向上的阻尼，这样设置可以减弱波浪能发电装置1的垂荡运动。

连接装置80连接阻尼盘和海底。例如，连接装置80可包括至少一根连接链81，连接链81的一端固定连接在海底，连接链81的另一端连接在阻尼盘60上。这样设置可以固定锚泊装置10的位置，减小锚泊装置10在水平面上的位移。

参考图6，在本发明的一些实施例中，阻尼盘60内填充有浮力材料70，阻尼盘60内形成有沿径向延伸的浸水腔61，浸水腔61的中部为比两端窄的节流段62，以使浸水腔61之间相互连通。并且浸水腔61的两端关于阻尼盘60的中心对称，浸水腔61的下端部连通有位于阻尼盘60底部且与外界相通的过流孔63。浮力材料70可以避免阻尼盘60等在意外泄漏情况下沉入水底，并且可降低阻尼盘60的结构质量。

在本发明的一些实施例中，节流段62有两道以上并上下间隔分布，并且位于最底部的一道节流段62连通在浸水腔61两端的底部而形成U形封闭水道。由于阻尼盘60浸入水中后浸水腔61内仍有空气，水并未填满浸水腔61。所以位于浸水腔61最顶部节流段62连通在浸水腔61两端的顶部而形成U形封闭气道。

当阻尼盘60完全浸入水中后，水通过过流孔63进入浸水腔61，由于浸水腔61内有空气，水并未填满浸水腔61。当工作舱40受波浪影响做摇摆运动时，阻尼盘60被带动产生倾斜，在阻尼盘60产生摇摆运动时，浸水腔61两端的水至少通过最底部的节流段62流通，两端气体通过其他节流段62流通。由于惯性，使得浸水腔61的两端的水中，一端的水液面高于另一端，进而使阻尼盘60产生复原力矩。这样设置可减弱工作舱40的摇摆运动，便于发电机34发电。

在本发明的一些实施例中，U形封闭气道可连接有接头，接头外接充气或抽气装置，可对浸水腔61充气或抽气。当需要波浪能发电装置1上浮时，通过接头对浸水腔61充气，以增加阻尼盘60的浮力；当需要波浪能发电装置1下沉时，通过接头对浸水腔61抽气，以使更多的水进入浸水腔61，进而使波浪能发电装置1下沉。这样设置可以控制波浪能发电装置1的上浮或下沉，使翼板21始终与海面的波浪相接触，便于翼板21持续收集波浪能。

参考图7，在本发明的一些实施例中，浸水腔61有两个以上，各浸水腔61的中部交汇在阻尼盘60的中心位置，其他部分呈星型分布。优选地，浸水腔61设置有8个，成米字型分布在阻尼盘60上。这样设置可以减弱阻尼盘60在多个方向上产生的摇摆运动，稳定波浪能发电装置1。

参考图8，在本发明的一些实施例中，能量转换机构30包括与各个翼板21一一对应连接的换能单元，换能单元包括摆动液压缸31和液压桥32。

摆动液压缸31的输入端与翼板21连接，具体为，摆动液压缸31的输入端通过连接杆与翼板21连接，连接杆的一端连接翼板21，连接杆的另一端通过联轴器连接摆动液压缸31的输入端。摆动液压缸31还具有进出油相互反向的第一输出端311和第二输出端312。

液压桥32上设置有与第一输出端311连接的第一换向油路321以及与第二输出端312连接的第二换向油路322，第一换向油路321和第二换向油路322配置成：将第一输出端311和第二输出端312中吸油的一个与油箱相通，将排油的一个与液压马达33相通。具体地，液压马达为变量压抑马达。

当翼板21沿一个方向进行摆动时，第一输出端311吸油，第二输出端312排油；当翼板21沿相反方向进行摆动时，第一输出端311排油，第二输出端312吸油。

在本发明的一些实施例中，第一换向油路321和/或第二换向油路322包括第一单向阀和第二单向阀。第一单向阀配置成单向的向摆动液压缸31送油。第一单向阀的进口与油箱相连接。液压马达33的出油口与油箱连通。第二单向阀配置成单向的供摆动液压缸31排油，并且第二单向阀和第一单向阀并联设置。第二单向阀与液压马达33的进油口相连接。

这样设置可以使第一换向油路321和/或第二换向油路322在吸油或排油时，均可将液压油输入到液压马达33中，进而使发电机34可以持续发电，提高发电机34的工作效率。

在本发明的一些实施例中，各换能单元相互并联并连接在同一液压马达33上，液压马达33的输出端通过联轴器连接发电机34的输出端。进一步地，各换能单元与液压马达33之间连接有传感器和控制器，传感器和控制器串联连接。其中传感器用于检测液压介质的液压，进而向外输出信号。控制器用于控制液压马达33的排量。这样设置可以使液压马达33持续且平缓输出机械能，进而使发电机34持续且平缓的发电。

在本发明的一些实施例中，第二单向阀与液压马达33之间设串联连接有蓄能器35。这样设置可以吸收从摆动液压缸31输出的液压介质的压力脉冲，避免节流产生的能量损耗，提高能量转换效率。

在本发明的一些实施例中，摆动液压缸31并联连接有安全阀36。这样设置可以换能单元中流通的液压介质的液压不超过安全值，防止液压模块因为液压介质压力过大而损坏。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种波浪能发电装置，包括发电机，其特征在于，还包括：

锚泊装置，所述锚泊装置配置成悬浮在海水中；

浮子组件，所述浮子组件包括至少两块翼板，各所述翼板绕水平延伸的轴线转动连接在所述锚泊装置上；

能量转换机构，所述能量转换机构与各所述翼板传动连接，且与所述发电机传动连接，以在所述翼板和所述发电机之间传递和/或转换能量。

2.根据权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于，至少一块翼板为C型，其包括：

浮板，所述浮板为瓦形且竖向放置，所述浮板的外侧面为圆柱面；

连接耳，所述连接耳有两个并形成于所述浮板的两端，两所述连接耳上相对设置有与所述锚泊装置连接的铰接结构。

3.根据权利要求2所述的波浪能发电装置，其特征在于，

所述翼板有两块且开口侧相对设置，两所述翼板的所述连接耳相错分布。

4.根据权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述锚泊装置包括：

工作舱，所述工作舱与所述浮子组件连接，所述能量转换机构和所述发电机安装在所述工作舱内；

支撑杆，所述支撑杆为杆状并固定在所述工作舱下侧，所述支撑杆内填充有浮力材料；

阻尼盘，所述阻尼盘设置在所述支撑杆的下端；

连接装置，所述连接装置连接阻尼盘和海底。

5.根据权利要求4所述的波浪能发电装置，其特征在于，

所述阻尼盘内填充有浮力材料，所述阻尼盘内形成有沿径向延伸的浸水腔，所述浸水腔的中部为比两端窄的节流段，并且所述浸水腔的两端关于所述阻尼盘的中心对称，所述浸水腔的端部连通有位于所述阻尼盘底部且与外界相通的过流孔。

6.根据权利要求5所述的波浪能发电装置，其特征在于，

所述节流段有两道以上并上下间隔分布，并且位于最底部的一道所述节流段连通在所述浸水腔两端的底部而形成U形封闭水道。

7.根据权利要求5所述的波浪能发电装置，其特征在于，

所述浸水腔有两个以上，各浸水腔的中部交汇在所述阻尼盘的中心位置，其他部分呈星型分布。

8.根据权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述能量转换机构包括与各个翼板一一对应连接的换能单元，所述换能单元包括：

摆动液压缸，所述摆动液压缸的输入端与所述翼板连接，所述摆动液压缸还具有进出油相互反向的第一输出端和第二输出端；

液压桥，所述液压桥上设置有与第一输出端连接的第一换向油路以及、与所述第二输出端连接的第二换向油路，所述第一换向油路和所述第二换向油路配置成：

将所述第一输出端和所述第二输出端中吸油的一个与油箱相通，将排油的一个与液压马达相通。

9.根据权利要求8所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述第一换向油路和/或第二换向油路包括：

第一单向阀，所述第一单向阀配置成单向的向所述摆动液压缸送油；

第二单向阀，所述第二单向阀配置成单向的供所述摆动液压缸排油，并且所述第二单向阀和所述第一单向阀并联设置。

10.根据权利要求8所述的波浪能发电装置，其特征在于，

各换能单元相互并联并连接在同一所述液压马达上，所述液压马达的输出端连接发电机的输出端。

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