CN116292064A - 利用水浮力的压缩空气发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及利用水浮力的压缩空气发电装置，该装置包括水容器、储气罐、气囊和发电机，水容器装有备用水，储气罐装有压缩空气，气囊充气后直线上浮、泄气后直线下沉地设于水容器内的备用水中，该气囊设有冲气口和泄气口且充气口通过充气管连通储气罐、泄气口连接有泄气管，泄气管的末端露出备用水水面之上，发电机设于气囊上方高于备用水水面处且通过其转子与气囊传动连接，以由直线上下运动的气囊驱动而发电。本发明更有利于节能环保。
Description
技术领域
本发明涉及压缩空气发电装置的结构改进。
背景技术
压缩空气常用作一种储能手段，即在电网负荷低谷期将电能转换成压缩空气进行储存，在电网负荷高峰期再将压缩空气转换成电能。传统技术一般利用压缩空气驱动汽轮机或水轮机发电来将压缩空气转换成电能，但无论驱动汽轮机还是驱动水轮机，都需要持续消耗压缩空气水轮机需将压缩空气持续注入水流中以形成高压水，而驱动水轮机则还需要持续消耗水，不利于节能环保。
发明内容
本发明旨在提供一种更节能的压缩空气发电装置。
为此，本发明采用了如下技术方案：
利用水浮力的压缩空气发电装置，包括水容器、储气罐、气囊和发电机，水容器装有备用水，储气罐装有压缩空气，气囊充气后直线上浮、泄气后直线下沉地设于水容器内的备用水中，该气囊设有冲气口和泄气口且充气口通过充气管连通储气罐、泄气口连接有泄气管，泄气管的末端露出备用水水面之上，发电机设于气囊上方高于备用水水面处且通过其转子与气囊传动连接，以由直线上下运动的气囊驱动而发电。
作为优选方案，储气罐置于水容器之外。
作为优选方案，气囊和发电机均设于同一框架上，框架直立固定于水容器内底部且局部露出备用水水面上方。
作为优选方案，框架近顶部两边内侧壁上各设有一个高出备用水水面的轮架，两边的轮架上分别横设有一根轴心线相互重合的转轴，两根转轴正下方的框架近底部跨设有一根固定轴；两根转轴的均固定设有一个上齿轮，两个上齿轮正下方的固定轴上均对应旋转设有一个下齿轮，两对上齿轮和下齿轮之间均分别通过一条传动链相互连接。
气囊为矩形橡气囊且其任一宽面居中固定于一矩形钢板的任一宽面，气囊的体积足以在充气后带动矩形钢板在备用水中上浮至顶，矩形钢板的质量足以带动泄气后的气囊下沉至备用水水底；矩形钢板设于两根传动链之间且两条窄边分别固定于两根传动链的同一侧，以将气囊直线上下运动地连接于框架，并使气囊得以通过两条传动链驱动两个上齿轮和两根转轴正反向旋转。
至少一根转轴的外端还固定设有一个能随该转轴正反向旋转的太阳齿轮，太阳齿轮外侧的框架内侧壁上设有一个由该太阳齿轮正反向驱动均能同向旋转的面齿轮，面齿轮固定设于一根轮轴上，轮轴旋转设于框架侧壁所设的轴孔内。
发电机固定安装于轮轴外侧的框架外侧壁上且通过其转子传动连接轮轴，以由轮轴驱动而旋转发电。
作为优选方案，气囊的充气管路中设有充气电磁阀、泄气管路中设有排气电磁阀。
作为优选方案，该发电装置还包括用于检测气囊内部气压的压力计，该压力计设于气囊上、充气管路中或泄气管路中。
作为优选方案，框架的顶部设有能被上行至备用水水面的矩形钢板触碰的泄气行程开关、底部设有能被下行至备用水水底的矩形钢板触碰的充气行程开关。
作为优选方案，面齿轮的传动面设有中心凸环和外围凸环，中心凸环的外缘和外围凸环的内缘分别设有用于驱动该面齿轮各旋转180°的内行星齿带和外行星齿带。
太阳齿轮设于面齿轮的中心凸环和外围凸环之间且其内外两侧能交替啮合该面齿轮的内行星齿带和外行星齿带，从而无论正反向旋转均能驱动该面齿轮同向连续旋转。
作为优选方案，同侧发电机和轮轴之间通过一个磁力耦合器相互传动连接。
本发明通过将压缩空气注入一个气囊中，将气囊置于备用水中，由气囊在备用水中的浮沉运动而驱动发电机发电。由于气囊下沉时靠重力，因此仅需在上浮时注入压缩空气，无需持续消耗压缩空气。此外，本发明的备用水仅用于提供浮力，水的消耗量较为有限。可见，相较于传统压缩空气发电装置，本发明既可节约压缩空气，又可节约水，更有利于节能环保。
附图说明
图1为本发明实施例的总体结构示意图；
图2为本发明实施例的局部结构示意图之一；
图3为本发明实施例的太阳齿轮和面齿轮连接结构及相互作用示意图之一；
图4为本发明实施例的太阳齿轮和面齿轮连接结构及相互作用示意图之二；
图5为本发明实施例的局部结构示意图之二；
图6为本发明实施例在气囊下沉后的总体结构示意图；
图7为本发明实施例在气囊上浮后的总体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行说明。
参照图1-5：
利用水浮力的压缩空气发电装置，包括装有备用水的水容器1，水容器1之外放置装有压缩空气的储气罐2。
水容器1内设有框架7，框架7直立固定于水容器1内底部且局部露出备用水水面上方。框架7近顶部两边内侧壁上各设有一个高出备用水水面的轮架8，两边的轮架8上分别横设有一根轴心线相互重合的转轴9，两根转轴9正下方的框架7近底部跨设有一根固定轴10。
两个轮架8均呈L形且横臂分别固定于框架7的两边内侧壁上，两根转轴9均两头外露地分别活动设于各自所在的轮架8竖臂所设的轴孔内，两根转轴9的内端均固定设有一个上齿轮11，两个上齿轮11正下方的固定轴10上均对应旋转设有一个下齿轮12，两对上齿轮11和下齿轮12之间均分别通过一条传动链13相互连接。
两条传动链13之间的备用水中设有一个气囊3，气囊3为矩形橡气囊且其任一宽面居中固定于一矩形钢板17的任一宽面；气囊3的体积足以在充气后带动矩形钢板17在备用水中上浮至顶，矩形钢板17的质量足以带动泄气后的气囊3下沉至备用水水底；气囊3设有冲气口和泄气口且充气口通过充气管5连通储气罐2的排气口、泄气口连接有泄气管6，泄气管6的末端露出备用水水面之上。
矩形钢板17位于两根传动链13之间且两条窄边分别固定于两根传动链13的同一侧，以将气囊3直线上下运动地连接于框架7，并使气囊3得以通过两条传动链13驱动两个上齿轮11和两根转轴9正反向旋转。
两根转轴9的外端还均固定设有一个能随所在的转轴9正反向旋转的太阳齿轮14，两个太阳齿轮14外侧的框架7内侧壁上均设有一个面齿轮15，两个面齿轮15均通过固定设置于各自轮心孔内的轮轴16分别旋转设于框架7两边侧壁所设的轴孔内。
每一面齿轮15的传动面均设有中心凸环15.1和外围凸环15.2，中心凸环15.1的外缘和外围凸环15.2的内缘分别设有用于驱动该面齿轮15各旋转180°的内行星齿带15.3和外行星齿带15.4；每一太阳齿轮14均设于同侧的面齿轮15的中心凸环15.1和外围凸环15.2之间且其内外两侧能交替啮合该面齿轮15的内行星齿带15.3和外行星齿带15.4，从而无论正反向旋转均能驱动同侧的面齿轮15同向连续旋转。
两根轮轴16外侧的框架7外侧壁上均安装有一个支架24，两边支架24上各固定安装有一台发电机4，两边的发电机4和轮轴16之间均设有磁力耦合器23，磁力耦合器24包括固定于支架24上的外壳23.1、旋转设于外壳23.1对应两面的输入动力轴23.3和输出驱动轴23.4，外壳23.1内的输入动力轴23.3和输出驱动轴23.4上分别固定设有导体涡流盘23.2和磁力驱动盘23.5，轮轴16固定连接输入动力合奏23.3的外露端，发电机4的转子固定连接输出驱动轴23.4的外露端，从而将发电机4的转子通过轮链装置传动连接于气囊3，以由直线上下运动的气囊3驱动而发电。
在储气罐2的排汽口设置充气电磁阀18，在泄气管6的末端设置排气电磁阀19，在泄气管6上还设有用于检测气囊3内部气压的压力计20。
在框架7的顶部设置能被上行至备用水水面的矩形钢板17触碰的泄气行程开关21，在框架7的底部设置能被下行至备用水水底的矩形钢板17触碰的充气行程开关22。
如图6和图7所示，将气囊3的泄气状态设为初始状态，打开充气电磁阀18往气囊3内充气，充气后的气囊3带动矩形钢板17上浮直至矩形钢板17触碰框架7顶部的排气行程开关21，则打开排气电磁阀19，泄气后的气囊3在及自身重力及矩形钢板17的重力作用下下沉，直至矩形钢板17触碰框架7底部的充气行程开关22，则又打开充气电磁阀18给气囊3充气，由此周而复始。
上浮的气囊3和矩形钢板17可带动所在侧的传动链13上行，传动链13可带动上齿轮11、转轴9和太阳齿轮14正向旋转，太阳齿轮14可驱动同侧的面齿轮15旋转180°；下沉的气囊3和矩形钢板17可带动所在侧的传动链13下行，传动链13可带动上齿轮11、转轴9和太阳齿轮14反向旋转，太阳齿轮14可驱动同侧的面齿轮15按原方向继续旋转180°，从而实现太阳齿轮14无论正反向旋转，面齿轮15均按同一方向旋转的目的。面齿轮15可带动轮轴16旋转，轮轴16可通过磁力耦合器23驱动发电机4的转子旋转发电。
可将气囊3的充气口和泄气口扩大，并采用大排气口的储气罐2，以缩短气囊3的充气和泄气的时间，最好达到瞬间充满气和瞬间泄完气的效果，从而提高气囊3上浮和下沉之间转换的连贯性，进而提高发电机4工作的连续性。
Claims (9)
1.利用水浮力的压缩空气发电装置，其特征在于：包括水容器(1)、储气罐(2)、气囊(3)和发电机(4)，水容器(1)装有备用水，储气罐(2)装有压缩空气，气囊(3)充气后直线上浮、泄气后直线下沉地设于水容器(1)内的备用水中，该气囊(3)设有冲气口和泄气口且充气口通过充气管(5)连通储气罐(2)、泄气口连接有泄气管(6)，泄气管(6)的末端露出备用水水面之上，发电机(4)设于气囊(3)上方高于备用水水面处且通过其转子与气囊(3)传动连接，以由直线上下运动的气囊(3)驱动而发电。
2.根据权利要求1所述的利用水浮力的压缩空气发电装置，其特征在于：储气罐(2)置于水容器(1)之外。
3.根据权利要求1所述的利用水浮力的压缩空气发电装置，其特征在于：气囊(3)和发电机(4)均设于同一框架(7)上，框架(7)直立固定于水容器(1)内底部且局部露出备用水水面上方。
4.根据权利要求3所述的利用水浮力的压缩空气发电装置，其特征在于：框架(7)近顶部两边内侧壁上各设有一个高出备用水水面的轮架(8)，两边的轮架(8)上分别横设有一根轴心线相互重合的转轴(9)，两根转轴(9)正下方的框架(7)近底部跨设有一根固定轴(10)；两根转轴(9)的内端均固定设有一个上齿轮(11)，两个上齿轮(11)正下方的固定轴(10)上均对应旋转设有一个下齿轮(12)，两对上齿轮(11)和下齿轮(12)之间均分别通过一条传动链(13)相互连接；
气囊(3)为矩形橡气囊且其任一宽面居中固定于一矩形钢板(17)的任一宽面，气囊(3)的体积足以在充气后带动矩形钢板(17)在备用水中上浮至顶，矩形钢板(17)的质量足以带动泄气后的气囊(3)下沉至备用水水底；矩形钢板(17)设于两根传动链(13)之间且两条窄边分别固定于两根传动链(13)的同一侧，以将气囊(3)直线上下运动地连接于框架(7)，并使气囊(3)得以通过两条传动链(13)驱动两个上齿轮(11)和两根转轴(9)正反向旋转；
至少一根转轴(9)的外端还固定设有一个能随该转轴(9)正反向旋转的太阳齿轮(14)，太阳齿轮(14)外侧的框架(7)内侧壁上设有一个由该太阳齿轮(14)正反向驱动均能同向旋转的面齿轮(15)，面齿轮(15)固定设于一根轮轴(16)上，轮轴(16)旋转设于框架(7)侧壁所设的轴孔内；
发电机(4)固定安装于轮轴(16)外侧的框架(7)外侧壁上且通过其转子传动连接轮轴(16)，以由轮轴(16)驱动而旋转发电。
5.根据权利要求4所述的利用水浮力的压缩空气发电装置，其特征在于：气囊(3)的充气管路中设有充气电磁阀(18)、泄气管路中设有排气电磁阀(19)。
6.根据权利要求5所述的利用水浮力的压缩空气发电装置，其特征在于：还包括用于检测气囊(3)内部气压的压力计(20)，该压力计(20)设于气囊(3)上、充气管路中或泄气管路中。
7.根据权利要求4所述的利用水浮力的压缩空气发电装置，其特征在于：框架(7)的顶部设有能被上行至备用水水面的矩形钢板(17)触碰的泄气行程开关(21)、底部设有能被下行至备用水水底的矩形钢板(17)触碰的充气行程开关(22)。
8.根据权利要求4所述的利用水浮力的压缩空气发电装置，其特征在于：面齿轮(15)的传动面设有中心凸环(15.1)和外围凸环(15.2)，中心凸环(15.1)的外缘和外围凸环(15.2)的内缘分别设有用于驱动该面齿轮(15)各旋转180°的内行星齿带(15.3)和外行星齿带(15.4)；
太阳齿轮(14)设于面齿轮(15)的中心凸环(15.1)和外围凸环(15.2)之间且其内外两侧能交替啮合该面齿轮(15)的内行星齿带(15.3)和外行星齿带(15.4)，从而无论正反向旋转均能驱动该面齿轮(15)同向连续旋转。
9.根据权利要求4所述的利用水浮力的压缩空气发电装置，其特征在于：同侧发电机(4)和轮轴(16)之间通过一个磁力耦合器(23)相互传动连接。
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Cited By (1)
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| CN117128128A (zh) * | 2023-09-28 | 2023-11-28 | 青岛大学 | 一种气囊式浮力发电装置 |
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2023
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