CN116557201A - 一种座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及波浪能发电技术领域，提出了一种座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置及其使用方法，包括能量转换系统，能量转换系统中设有发电系统，发电系统连接电能送出系统；能量转换系统包括底板，底板连接外壳，外壳的中部横向设置有隔板，隔板将外壳内部空间分为横向的U型气体流动通道；外壳于U型气体流动通道的上部处设有进气口，下部处设有出气口；进气口和出气口通过设置于外壳外壁的气囊连接；U型气体流动通道中设置有发电系统包括的转动设有叶轮。本发明利用波浪峰谷时水下同一位置处的压力变化为动力，驱动装置内部气体流动进行发电，避免了现目前直接用机械式传动结构带来的能量损失，提高了波浪的势能利用率，增强了发电效果。
Description
技术领域
本发明涉及波浪能发电技术领域，具体是一种座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置及其使用方法。
背景技术
现有的波浪能发电装置大多数是在发电平台的附近设置大量的机械臂，机械臂的一端设置漂浮结构，波浪推动漂浮结构上下运动，可以带动机械臂上下移动，而后推动气室的空气带动转子，最终转化为电能储蓄（如：CN102261304A、CN215213758U、CN218325082U等），这类装置由于机械臂的摆动过程存在大量能量损失，因而对波浪的势能要求较大。在依靠海岸建立时，发电效率低下，而离岸漂浮建设时，大量的海域使用面积会影响船舶通航，锚固系统也会使得建设成本远大于收益。因此，尚难以用于商业化的波浪能发电。
还有CN113294282A提供了一种小型的波浪发电装置，其整体依靠浮体潜伏在水面附近，转子及发电设备位于水下，可利用波浪起伏动力进行高效发电；CN115585089A则设计了一种包含波浪进口和出口的小型发电装置，其通过波浪进出密闭箱体产生的压力差推动水面上的转子转动进行发电。这两种装置主体均潜浮在水面附近，在应用时锚固系统和电能输出系统的建设成本较高，且小型装置整体输出功率较低，也难以实现规模化的波浪能开发。
所以，现有波浪能发电装置大多采用浮体结构浮于海面附近直接或间接利用波浪拍击压力推动发电机进行发电，这些装置易占用大量海域面积，且装置的锚固系统建设大大增加了波浪能发电的成本，使得商业化大规模的波浪能开发难以推进。
发明内容
本发明提供一种座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置及其使用方法，目的在于弥补现有技术的不足，至少解决一个背景技术中提及的现有技术存在的缺点。
本发明采用如下技术方案实现发明目的：
一种座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置，包括能量转换系统，能量转换系统中设有发电系统，发电系统连接电能送出系统；能量转换系统包括底板，底板连接外壳，外壳的中部横向设置有隔板，隔板将外壳内部空间分为横向的U型气体流动通道；外壳于U型气体流动通道的上部处设有进气口，下部处设有出气口；进气口和出气口通过设置于外壳外壁的气囊连接；U型气体流动通道中设置有发电系统包括的转动设有叶轮。
前述的座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置中，所述外壳的左右侧于U型气体流动通道的上部处分别设置有一组进气口；于U型气体流动通道的下部处分别设置有一组出气口，出气口与进气口一一对应上下设置，上下对应设置的出气口与进气口各自通过一个气囊连接。
前述的座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置中，所述进气口和出气口处设置有单向气体阀。
前述的座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置中，所述发电系统包括与叶轮同轴设置的齿轮一，齿轮一啮合齿轮二，齿轮二连接发电机。
前述的座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置中，所述电能送出系统包括与发电机相连接的内部电缆，内部电缆经设置于上部壳体侧壁上的电缆连接构件连接外部电缆。
前述的座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置中，所述外壳顶部连接有吊耳。
前述的座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置中，所述上底板设有压重肋板。
前述的座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置中，所述底板的底部连接有固定锥。
一种座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置的使用方法，将座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置按照波浪方向布置在海床面，座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置内部气压设置为布置位置处的静水压力；当波浪经过，气囊受压增大时，气囊中的气体单向从进气口进气进入外壳内部并沿U型气体流动通道单向流动，流动时带动叶轮转动，叶轮带动发电系统发电，电能经电能送出系统送出，随着气囊受压减小时，沿U型气体流动通道单向流动的气体从出气口单向出气进入气囊，气体按此循环带动叶轮持续转动，实现持续发电。
有益效果
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明利用波浪峰谷时水下同一位置处的压力变化为动力，驱动装置内部气体流动进行发电，避免了现目前直接用机械式传动结构带来的能量损失，提高了波浪的势能利用率，增强了发电效果。
2、本发明装置可直接放置于海床面上使用，依靠自身重力维持结构稳定，相比于现有技术，本发明结构更简单，实施方便，建设成本较低，不占用海面空间，有利于船舶航行安全。
3、本发明所采用的电能送出系统，可由外部海底电缆将装置所发电能进行有效送出，相比于现有海底电缆送出方案，本发明方案技术更加成熟且可行度较高。
4、本发明所提出的结构形式简单，制作难度低，可模块化生产制造。并且本发明装置还可根据所需的发电功率，一个发电系统单体单独使用或多个发电系统单体组合使用，使用灵活，大大增加了使用范围。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的内部结构布置示意图；
图3为本发明的俯视结构示意图；
图4为本发明的侧视结构放大图；
图5为本发明的俯视方向布置方式示意图；
图6为本发明的侧视方向布置方式示意图；
图7为本发明内部结构及作业时气体流动方向示意图（箭头表示气体流动方向）；
图8是本发明另一实施结构示意图；
附图标记：1-底板，2-隔板，3-内部电缆，4-齿轮二，5-发电机，6-齿轮一，7-叶轮，8-通道隔板，9-外部电缆，10-电缆连接构件，11-气囊，12-吊耳，13-外壳，14-进气口，15-出气口，16-发电系统单体，17-能量转换装置部，18-电能送出系统部。
实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例1。一种座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置，包括能量转换系统，能量转换系统中设有发电系统，发电系统连接电能送出系统；能量转换系统包括底板1，底板1连接外壳13，外壳13的中部横向设置有隔板2，隔板2将外壳13内部空间分为横向的U型气体流动通道；外壳13于U型气体流动通道的上部处设有进气口14，下部处设有出气口15；进气口14和出气口15通过设置于外壳13外壁的气囊11连接；U型气体流动通道中转动设有叶轮7。其中，气囊11可以是橡胶气囊。能量转换系统用于将波浪压力转化为空气动能。
所述外壳13的左右侧于U型气体流动通道的上部处分别设置有两个进气口14；于U型气体流动通道的下部处分别设置有两个出气口15，出气口15与进气口14一一对应上下设置，上下对应设置的出气口15与进气口14各自通过一个气囊11连接。
所述进气口14和出气口15处设置有单向气体阀。单向气体阀实现进气口14和出气口15的实现单向进出气体的效果。
所述发电系统包括与叶轮7同轴设置的齿轮一6，齿轮一6啮合齿轮二4，齿轮二4连接发电机5。齿轮一6设置为大齿轮，齿轮二4设置为小齿轮。当空气冲击叶轮7转动时，齿轮一6随之转动并带动齿轮二4高速转动进而驱动发电机5进行发电。
所述电能送出系统包括与发电机5相连接的内部电缆3，内部电缆3经设置于上部壳体13侧壁上的电缆连接构件10连接外部电缆9。
所述外壳13顶部连接有吊耳12。吊耳12结构用于装置的安装、检修、拆除等操作。
所述上底板1设有压重肋板。压重肋板结构见图2。压重肋板用于提高装置的稳定性。
所述底板1的底部连接有固定锥。固定锥结构见图6；通过将固定锥插入海床面可实现固定。
所述发电系统外罩设有通道隔板8。通道隔板8设置有，仍然预留有气体通道，通道隔板8的目的是在于缩小气体经过叶轮7时的通过面，使得气体更加集中，加强气体流过叶轮的流速，增大发电的效率。
本装置的工作原理和使用方法：将座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置按照波浪方向布置在海床面，如图5；将装置内部气压设置为布置位置处的静水压力且气囊11充满气体，气囊11位置处的压力沿水深分布按照如下图6所示，计算公式为，其中，ρ为海水密度，g为重力加速度，z为水深，kz是压力敏感系数，η为波面方程。等式右边第一部分为静水压力（图中虚线部分），第二部分为波浪引起的动水压力。前面计算公式表明，气囊11位置处压力会随着波浪相位的不同而不同，当气囊11处波面在海平面（虚线）以上时，受压力增大，气体通过进气口14处单向气体阀进气，当气囊11处波面在海平面（虚线）以下时，气囊11受压力减小，装置内部气压更大，装置的内部气体就会经出气口15处的单向气体阀出气进入气囊11中。具体的，当波浪持续经过气囊11时，压力变化会压迫气囊11内的气体从进气口14进装置内，并沿U型气体流动通道单向流动，流动时带动叶轮7转动，经齿轮转动，带动发电机5进行发电，而后装置内气体从出气口15出气进入气囊11，按此气体循环使的叶轮7持续转动发电，电能经内部电缆3、外部电缆9输出。
实施例2。一种座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置，本实施例在实施例1的基础上进行，工作原理相同。不同点在于：本实施例设置更多的气囊11，结构可参考图8。当波浪经过时，气囊11从进气口14的进气量大，U型气体流动通道的上部气压，即隔板2上部的气压增大程度高，气体可顺利从U型气体流动通道的转折处向隔板2下部流动，保障气体的流动性，并从出气口15出气进入气囊11实现循环，过程中带动一个叶轮7并通过发电机5进行发电，增加发电效率。
实施例3。一种座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置，本实施例在实施例2的基础上进行，不同处在于：本实施例在装置内部设置多组叶轮7和发电机5，以增加发电量。
实施例4。一种座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置，本实施例，将大量实施例1-3中任一项装置，在海床面上布置，并将外部电缆相连接，增加发电效果，实现规模化发电。
本申请涉及到电路和电子元器件和模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现。上述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置，其特征在于：包括能量转换系统，能量转换系统中设有发电系统，发电系统连接电能送出系统；能量转换系统包括底板（1），底板（1）连接外壳（13），外壳（13）的中部横向设置有隔板（2），隔板（2）将外壳（13）内部空间分为横向的U型气体流动通道；外壳（13）于U型气体流动通道的上部处设有进气口（14），下部处设有出气口（15）；进气口（14）和出气口（15）通过设置于外壳（13）外壁的气囊（11）连接；U型气体流动通道中设置有发电系统包括的转动设有叶轮（7）。
2.根据权利要求1所述的座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置，其特征在于：所述外壳（13）的左右侧于U型气体流动通道的上部处分别设置有一组进气口（14）、于U型气体流动通道的下部处分别设置有一组出气口（15），出气口（15）与进气口（14）一一对应上下设置，上下对应设置的出气口（15）与进气口（14）各自通过一个气囊（11）连接。
3.根据权利要求1所述的座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置，其特征在于：所述进气口（14）和出气口（15）处设置有单向气体阀。
4.根据权利要求1所述的座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置，其特征在于：所述发电系统包括与叶轮（7）同轴设置的齿轮一（6），齿轮一（6）啮合齿轮二（4），齿轮二（4）连接发电机（5）。
5.根据权利要求1所述的座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置，其特征在于：所述电能送出系统包括与发电机（5）相连接的内部电缆（3），内部电缆（3）经设置于上部壳体（13）侧壁上的电缆连接构件（10）连接外部电缆（9）。
6.根据权利要求1所述的座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置，其特征在于：所述外壳（13）顶部连接有吊耳（12）。
7.根据权利要求1所述的座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置，其特征在于：所述上底板（1）设有压重肋板。
8.根据权利要求1所述的座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置，其特征在于：所述底板（1）的底部连接有固定锥。
9.根据权利要求1所述的座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置，其特征在于：所述发电系统外罩设有通道隔板（8）。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置的使用方法，其特征在于：将座底式波浪压力驱动的波浪能发电装置按照波浪方向布置在海床面，装置内部气压设置为布置位置处的静水压力；当波浪经过，气囊（11）受压增大时，气囊（11）中的气体单向从进气口（14）进气进入外壳（13）内部并沿U型气体流动通道单向流动，流动时带动叶轮（7）转动，叶轮（7）带动发电系统发电，电能经电能送出系统送出，随着气囊（11）受压减小时，沿U型气体流动通道单向流动的气体从出气口（15）单向出气进入气囊（11），气体按此循环带动叶轮（7）持续转动，实现持续发电。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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