CN116138196A - 一种利用波浪能发电的深海养殖网箱 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用波浪能发电的深海养殖网箱，包括蝶形浮体、发电系统、连接系统、养殖网箱、柔性压电波能收集器和锚泊系统；发电系统包括转子绕组和定子绕组，蝶形浮体包括互相铰接的两个子浮体，转子绕组安装在两个子浮体的铰接处，连接系统包括连接平台，连接平台上设有两根连接杆，定子绕组固定在连接杆上，转子绕组可转动地连接在定子绕组的外部；养殖网箱连接在连接平台的底部，柔性压电波能收集器铺设在养殖网箱的顶部，锚泊系统设置在养殖网箱的底部。本发明将蝶形浮体波浪能发电和柔性压电波能收集器与养殖网箱相结合，利用波浪能实现深海养殖网箱的自主供电，解决了养殖网箱供电难的问题，提高了养殖网箱的实用性和对波浪能的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及海洋可再生能源与深海渔业养殖技术领域，更具体地说，涉及一种利用波浪能发电的深海养殖网箱。
背景技术
由于陆地、湖泊、近岸等水产渔业养殖的发展受到地域空间和环境因素等影响，如在陆地湖泊中进行养殖存在水体流动较缓慢，容易造成水质恶化和鱼类疾病流行等问题。而在较为广阔的海洋进行养殖有养殖规模大、深海水体交换速度快、可集成养殖综合平台等优点，因此深海养殖网箱有巨大的发展空间。深海养殖网箱作为一种未来深海养殖装备的发展方向，具有绿色化、深远化和智能化等特点。我国海域辽阔，对于发展深海养殖网箱具有很大的优势。
海洋占地球的面积约70％，海洋是一个巨大的能量宝库，合理利用开发海洋可再生能源是可持续发展的重要支撑，海洋中由于风的作用能够产生波浪，波浪能量在海洋中规模巨大，存在良好的开发潜力。
由于深海养殖网箱远离陆地，若要实现远距离输电，对电缆铺设、电缆材料等是一个极大的考验，因此需要对网箱的能源供给问题进行充分的考虑。为了解决深海养殖网箱的供电问题，将深海养殖网箱与海洋中的波浪能结合是一个较好的选择。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供了一种利用波浪能发电的深海养殖网箱，将蝶形浮体波浪能发电和柔性压电波能收集器与养殖网箱相结合，利用蝶形浮体波浪能发电和柔性压电波能收集器为养殖网箱提供电力支撑，解决了深海养殖网箱用电供给难的问题。
本发明的目的可以通过如下技术方案实现：
一种利用波浪能发电的深海养殖网箱，包括蝶形浮体、发电系统、连接系统、养殖网箱、柔性压电波能收集器和锚泊系统；发电系统包括转子绕组和定子绕组，蝶形浮体包括互相铰接的两个子浮体，转子绕组安装在两个子浮体的铰接处，连接系统包括连接平台，连接平台上设有两根连接杆，定子绕组固定在连接杆上，转子绕组可转动地连接在定子绕组的外部；养殖网箱连接在连接平台的底部，柔性压电波能收集器铺设在养殖网箱的顶部，锚泊系统设置在养殖网箱的底部。
进一步地，两个子浮体分别为左浮体和右浮体，左浮体的两端均设有左连接块，左连接块上开设有通孔，右浮体的两端均设有两个右连接块，转子绕组固定在两个右连接块之间，左连接块铰接在转子绕组上。
进一步地，发电系统还包括棘轮和棘爪，棘爪设置在右连接块上，棘轮固定套设在转子绕组的外部，棘爪与棘轮相配合。
进一步地，连接系统还包括伸缩杆和滑块，连接平台上设有伸缩杆安装座，伸缩杆伸缩安装在伸缩杆安装座内，伸缩杆通过滑块与子浮体滑动连接。
进一步地，滑块顶端的两侧均设有横杆，子浮体上设有挖槽，挖槽内开设有滑轨，横杆滑动安装在滑轨内，滑块的底端设有两个滑块连接块，伸缩杆的一端位于两个滑块连接块之间，两个滑块连接块与伸缩杆通过螺栓连接。
进一步地，柔性压电波能收集器包括从上到下依次设置的防水层、上电极层、压电材料层、下电极层、防水层和柔性材料层。
进一步地，多个锚泊系统均匀分布在养殖网箱的底部，锚泊系统包括锚链，锚链的一端与养殖网箱连接，锚链的另一端分出两条子锚链，两条子锚链的末端均连接有锚碇。
进一步地，还包括储能设备，储能设备设置在连接平台的顶部。
进一步地，养殖网箱包括钢架框架和连接在钢架框架上的网衣，钢架框架包括顶部圆形框、底部圆形框以及连接在顶部圆形框和底部圆形框之间的多个竖向钢架，网衣为高密度聚乙烯网。
进一步地，养殖网箱内设有自动喂养设备和照明设备。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
一、本发明将蝶形浮体波浪能发电和柔性压电波能收集器与养殖网箱相结合，利用蝶形浮体波浪能发电和柔性压电波能收集器为养殖网箱提供电力支撑，解决了深海养殖网箱用电供给难的问题；蝶形浮体随着波浪上下摆动带动发电系统进行发电，同时柔性压电波能收集器根据波浪起伏反应到其上的不同的压力信号产生电势进行发电，蝶形浮体波浪能发电和柔性压电波能收集器互补配合，实现了养殖网箱在深海中的自主供电。
二、本发明的柔性压电波能收集器通过设置柔性材料层，可以较好地抵抗真实海况的波浪的影响；柔性压电波能收集器能够将一些环境中未收集的、浪费的能量利用起来，提高对波浪能的利用率。
三、本发明通过设置储能设备，可以将波浪能转换的电能收集，并为养殖网箱内的自动化设备进行稳定的输电。
四、本发明的发电系统设置在左浮体和右浮体的铰接处内部，可以避免被海水侵蚀，能够较好地保护发电系统，保证发电的安全。
五、本发明通过设置伸缩杆和滑块，当蝶形浮体随波浪上下摆动时，滑块在滑轨内往复运动，伸缩杆在伸缩杆安装座中往复运动，使得蝶形浮体的运动更加稳定。
附图说明
图1是本发明的利用波浪能发电的深海养殖网箱的结构示意图；
图2是本发明的连接平台的结构示意图；
图3是本发明的蝶形浮体和连接系统的爆炸视图；
图4是本发明的蝶形浮体和连接系统连接的结构示意图；
图5是本发明的挖槽和滑轨的透视图；
图6是本发明的滑块的结构示意图；
图7是本发明的棘轮和棘爪的结构示意图；
图8是本发明的柔性压电波能收集器的结构示意图；
其中：1：蝶形浮体，11：左浮体，12：左连接块，13：右浮体，14：右连接块，15：挖槽，16：滑轨，2：转子绕组，3：定子绕组，4：棘轮，5：棘爪，6：连接系统，61：连接平台，62：连接杆，63：伸缩杆，64：伸缩杆安装座，65：滑块，66：横杆，67：滑块连接块，7：养殖网箱，8：锚泊系统，81：锚链，82：子锚链，83：锚碇，9：柔性压电波能收集器，91：防水层，92：上电极层，93：压电材料层，94：下电极层，95：防水层，96：柔性材料层，10：储能设备。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1至图3所示，一种利用波浪能发电的深海养殖网箱，包括蝶形浮体、发电系统、连接系统、养殖网箱、柔性压电波能收集器和锚泊系统；发电系统包括转子绕组和定子绕组，蝶形浮体包括互相铰接的两个子浮体，转子绕组安装在两个子浮体的铰接处，连接系统包括连接平台，连接平台上设有两根连接杆，定子绕组固定在连接杆上，转子绕组可转动地连接在定子绕组的外部；养殖网箱连接在连接平台的底部，柔性压电波能收集器铺设在养殖网箱的顶部，锚泊系统设置在养殖网箱的底部。
将本装置放置于深海中，在波浪的作用下，蝶形浮体相对连接系统上下摆动，由于转子绕组和定子绕组分别与蝶形浮体和连接系统固定连接，两个子浮体发生相对转动，带动转子绕组在定子绕组的外部转动，从而切割磁感线发电，将蝶形浮体相对连接系统运动的机械能转换为电能输出；柔性压电波能收集器会根据波浪起伏反应到其上的不同的压力信号产生电势进行发电，将一些未被收集的波浪能利用起来，与蝶形浮体波浪能发电形成互补配合，实现养殖网箱在深海中的自主供电。本发明将蝶形浮体波浪能发电和柔性压电波能收集器与养殖网箱相结合，利用蝶形浮体波浪能发电和柔性压电波能收集器为养殖网箱提供电力支撑，解决了深海养殖网箱用电供给难的问题，提高了养殖网箱的实用性和对波浪能的利用率。
在本实施例中，本装置还包括储能设备，储能设备设置在连接平台的顶部。储能设备可用于收集发电系统和柔性压电波能收集器输出的电能，并对养殖网箱内的相关用电设备进行稳定的供电。
如图3所示，两个子浮体分别为左浮体和右浮体，左浮体的两端均设有左连接块，左连接块上开设有通孔，右浮体的两端均设有两个右连接块，转子绕组固定在两个右连接块之间，左连接块铰接在转子绕组上。左浮体和右浮体通过互相铰接构成可随着波浪上下摆动的蝶形浮体，对波浪能进行捕获利用。转子绕组和定子绕组均设置在左浮体和右浮体的铰接处内部，可以避免被海水侵蚀，能够较好地保护发电系统，保证发电的安全。
在本实施例中，左浮体和右浮体均采用鹰式浮体，使得左浮体和右浮体可以达到正面吸收波浪、背面不造波的效果，实现对波浪的敏捷反应，提高波浪能的捕获效率；左浮体和右浮体的边角处均做倒圆角处理，圆滑的边角可以降低左浮体和右浮体相互运动而产生的碰撞风险。
如图7所示，发电系统还包括棘轮和棘爪，棘爪设置在右连接块上，棘轮固定套设在转子绕组的外部，棘爪与棘轮相配合，构成了单向的运动机构，保证转子绕组在定子绕组的外部进行单方向的转动。
如图2至图4所示，连接系统还包括伸缩杆和滑块，连接平台上设有伸缩杆安装座，伸缩杆伸缩安装在伸缩杆安装座内，伸缩杆通过滑块与子浮体滑动连接。具体的，如图5和图6所示，滑块顶端的两侧均设有横杆，子浮体上设有挖槽，挖槽内开设有滑轨，横杆滑动安装在滑轨内，滑块的底端设有两个滑块连接块，伸缩杆的一端位于两个滑块连接块之间，两个滑块连接块与伸缩杆通过螺栓连接。滑块用于连接蝶形浮体和伸缩杆，当蝶形浮体随波浪上下摆动时，滑块在滑轨内往复运动，伸缩杆在伸缩杆安装座中往复运动，使得蝶形浮体的运动更加稳定。
如图8所示，柔性压电波能收集器包括从上到下依次设置的防水层、上电极层、压电材料层、下电极层、防水层和柔性材料层。柔性压电波能收集器通过设置柔性材料层，可以较好地抵抗真实海况的波浪的影响，柔性压电波能收集器能将一些环境中未收集的、浪费的能量利用起来，提高对波浪能的利用率。
如图1所示，多个锚泊系统均匀分布在养殖网箱的底部，锚泊系统包括锚链，锚链的一端与养殖网箱连接，锚链的另一端分出两条子锚链，两条子锚链的末端均连接有锚碇，通过锚泊系统可以将养殖网箱锚定在特定海域内。
养殖网箱包括钢架框架和连接在钢架框架上的网衣，钢架框架包括顶部圆形框、底部圆形框以及连接在顶部圆形框和底部圆形框之间的多个竖向钢架，网衣为高密度聚乙烯网。在本实施例中，在养殖网箱的中间放置隔板将网箱分区，即可进行分区养殖，养殖网箱内设有自动喂养设备和照明设备，能够实现自动喂养和照明功能，有助于更好地培育优质鱼苗。
本发明的工作原理如下：
将养殖网箱通过锚泊系统固定在深海中，蝶形浮体漂浮在水面上。当海上产生波浪的时候，蝶形浮体跟随波浪的运动上下摆动，左浮体和右浮体发生相对转动，带动转子绕组在定子绕组的外部转动，在棘轮和棘爪的作用下单方向切割磁感线发电，输出电能，同时，柔性压电波能收集器根据波浪起伏反应到其上的不同的压力信号产生电势进行发电，转子绕组和定子绕组产生的电能以及柔性压电波能收集器产生的电能均储存到储能设备中，储能设备再对养殖网箱的自动喂养设备和照明设备等自动化设备进行稳定地供电。
总的来说，本发明将蝶形浮体波浪能发电和柔性压电波能收集器与养殖网箱相结合，利用蝶形浮体波浪能发电和柔性压电波能收集器为养殖网箱提供电力支撑，解决了深海养殖网箱用电供给难的问题；蝶形浮体随着波浪上下摆动带动发电系统进行发电，同时柔性压电波能收集器根据波浪起伏反应到其上的不同的压力信号产生电势进行发电，蝶形浮体波浪能发电和柔性压电波能收集器互补配合，实现了养殖网箱在深海中的自主供电。本发明的柔性压电波能收集器通过设置柔性材料层，可以较好地抵抗真实海况的波浪的影响；柔性压电波能收集器能够将一些环境中未收集的、浪费的能量利用起来，提高对波浪能的利用率。本发明通过设置储能设备，可以将波浪能转换的电能收集，并为养殖网箱内的自动化设备进行稳定的输电。本发明的发电系统设置在左浮体和右浮体的铰接处内部，可以避免被海水侵蚀，能够较好地保护发电系统，保证发电的安全。本发明通过设置伸缩杆和滑块，当蝶形浮体随波浪上下摆动时，滑块在滑轨内往复运动，伸缩杆在伸缩杆安装座中往复运动，使得蝶形浮体的运动更加稳定。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种利用波浪能发电的深海养殖网箱，其特征在于：包括蝶形浮体、发电系统、连接系统、养殖网箱、柔性压电波能收集器和锚泊系统；
发电系统包括转子绕组和定子绕组，蝶形浮体包括互相铰接的两个子浮体，转子绕组安装在两个子浮体的铰接处，连接系统包括连接平台，连接平台上设有两根连接杆，定子绕组固定在连接杆上，转子绕组可转动地连接在定子绕组的外部；养殖网箱连接在连接平台的底部，柔性压电波能收集器铺设在养殖网箱的顶部，锚泊系统设置在养殖网箱的底部。
2.根据权利要求1所述的一种利用波浪能发电的深海养殖网箱，其特征在于：两个子浮体分别为左浮体和右浮体，左浮体的两端均设有左连接块，左连接块上开设有通孔，右浮体的两端均设有两个右连接块，转子绕组固定在两个右连接块之间，左连接块铰接在转子绕组上。
3.根据权利要求2所述的一种利用波浪能发电的深海养殖网箱，其特征在于：发电系统还包括棘轮和棘爪，棘爪设置在右连接块上，棘轮固定套设在转子绕组的外部，棘爪与棘轮相配合。
4.根据权利要求1所述的一种利用波浪能发电的深海养殖网箱，其特征在于：连接系统还包括伸缩杆和滑块，连接平台上设有伸缩杆安装座，伸缩杆伸缩安装在伸缩杆安装座内，伸缩杆通过滑块与子浮体滑动连接。
5.根据权利要求4所述的一种利用波浪能发电的深海养殖网箱，其特征在于：滑块顶端的两侧均设有横杆，子浮体上设有挖槽，挖槽内开设有滑轨，横杆滑动安装在滑轨内，滑块的底端设有两个滑块连接块，伸缩杆的一端位于两个滑块连接块之间，两个滑块连接块与伸缩杆通过螺栓连接。
6.根据权利要求1所述的一种利用波浪能发电的深海养殖网箱，其特征在于：柔性压电波能收集器包括从上到下依次设置的防水层、上电极层、压电材料层、下电极层、防水层和柔性材料层。
7.根据权利要求1所述的一种利用波浪能发电的深海养殖网箱，其特征在于：多个锚泊系统均匀分布在养殖网箱的底部，锚泊系统包括锚链，锚链的一端与养殖网箱连接，锚链的另一端分出两条子锚链，两条子锚链的末端均连接有锚碇。
8.根据权利要求1所述的一种利用波浪能发电的深海养殖网箱，其特征在于：还包括储能设备，储能设备设置在连接平台的顶部。
9.根据权利要求1所述的一种利用波浪能发电的深海养殖网箱，其特征在于：养殖网箱包括钢架框架和连接在钢架框架上的网衣，钢架框架包括顶部圆形框、底部圆形框以及连接在顶部圆形框和底部圆形框之间的多个竖向钢架，网衣为高密度聚乙烯网。
10.根据权利要求1所述的一种利用波浪能发电的深海养殖网箱，其特征在于：养殖网箱内设有自动喂养设备和照明设备。
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