CN202108650U - 一种海浪发电装置及海浪发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及的海浪发电装置包含第一浮体、第一扩口、第二扩口、发电部件，第一扩口、第二扩口分别位于发电部件的两侧，并与发电部件共同固定在第一浮体上，海浪中的海水经由其中一个扩口到达发电部件，并经由发电部件流向另一个扩口。此外，本实用新型还提供一种海浪发电系统，该系统包括上述海浪发电装置及固定装置。如此技术方案，可充分利用海浪能，独具创新地充分利用了海浪的侧向动能和势能，也独具特色地充分利用了海浪具有的上下起伏的竖向动能和势能，在提高海浪能利用效率的同时，还提高了海浪发电效率。本实用新型更创新独特地利用波的衍射原理，规模地纵向采集沿海岸线横排涌来的海浪，利用海浪能发电；此外还大幅降低了实施成本。

Description

一种海浪发电装置及海浪发电系统

技术领域

本实用新型涉及一种发电装置，尤其涉及一种利用海浪能发电的装置及系统。

背景技术

能源紧缺和环境污染是摆在全世界人民面前的两大难题。中国也正处于供电较为紧张的时期，严重影响工、农业生产以及人们的日常生活，寻求既环保又不堪忧的新型能源，是迫在眉睫，造福子孙后代的千秋大业。开发利用海浪能发电是不错的选择，而无论是国际还是国内都存在设计利用海浪能不充分，设备发电效率不高的问题。

实用新型内容　　

本实用新型针对无论是国际还是国内都存在设计利用海浪能不充分，设备发电效率不高的问题的不足，提供一种高效利用海浪能发电的装置和成套系统。

作为本实用新型技术方案的一方面，提供一种海浪发电装置：

海浪发电装置包含第一浮体、第一扩口、第二扩口、发电部件，所述第一扩口、第二扩口分别位于所述发电部件的两侧，并与所述发电部件共同固定在所述第一浮体上，海浪中的海水经由其中一个扩口到达所述发电部件，并经由所述发电部件流向另一个扩口。所述第一扩口靠近发电部件的端口为内端口，远离发电部件的端口为外端口；所述第二扩口靠近发电部件的端口为内端口，远离发电部件的端口为外端口。

进一步地，若应用海浪发电装置主要是为了采集利用海水的侧向动能和势能，则所述第一浮体位于所述第一扩口与所述第二扩口之间，可以靠近所述第一扩口外端口和所述第二扩口外端口的上边缘部位；

所述第一扩口、所述第二扩口、所述发电部件位于所述第一浮体的下方，所述海浪发电装置的重心位于所述第一浮体的下方，使所述海浪发电装置浮于海中；所述第一扩口的内端口和所述第二扩口的内端口沉入海水中；

海浪中的海水经由其中一个扩口到达所述发电部件，并经由所述发电部件流向另一个扩口。所述海浪发电装置可以是浮在海面上，以便采集海平面附近的海水动能和波浪势能，也可以悬浮于海面以下，以采集海面以下的海水动能和势能。

若应用海浪发电装置主要是为了采集利用海水的竖向动能和势能，则所述第一浮体位于所述第一扩口与所述第二扩口之间，沿所述第一扩口和所述第二扩口圆周环绕分布，使所述海浪发电装置浮于海中，浪中的海水经由其中一个扩口到达所述发电部件，并经由所述发电部件流向另一个扩口。所述海浪发电装置可以是浮在海面上，以便采集海面附近的海水动能和波浪势能，也可以悬浮于海面以下，以采集海面以下的海水动能和势能。

在海浪发电装置采集利用海水的竖向动能和势能的应用中，所述海浪发电装置还可以进一步包含第二浮体，所述第二浮体与所述第一浮体相对设置，所述第一扩口、所述第二扩口和所述发电部件位于所述第一浮体和所述第二浮体之间，使所述海浪发电装置浮于海中，海浪中的海水经由其中一个扩口到达所述发电部件，并经由所述发电部件流向另一个扩口。所述海浪发电装置可以是浮在海面上，以便采集海面附近的海水动能和波浪势能，也可以悬浮于海面以下，以采集海面以下的海水动能和势能。

进一步地，所述海浪发电装置内的发电部件包括管道、叶轮、叶轮固定装置、传动装置、发电机，

所述管道的一端对接所述第一扩口的内端口，所述管道的另一端对接所述第二扩口的内端口，第一扩口的内端口和第二扩口的内端口通过所述管道相互贯穿连通；所述叶轮通过所述固定装置位于所述管道内，海水在所述管道内流动推动所述叶轮旋转，所述叶轮通过所述传动装置带动所述发电机运转发电。所述发电机、管道和两个扩口一起共同固定在所述第一浮体上，发电机外层设有外壳，以保护发电机免受海水或潮湿空气的接触与侵蚀。而且，传动装置依照现有技术完全可以实现防水隔水效果，免于海水顺传动装置进入发电机体内。需要指出的是，所述叶轮、叶轮固定装置、传动装置以及发电机都可为多个或多组。

进一步地，所述海浪发电装置内的发电部件，其管道还可以附带一个或多个容腔，配以相应的所述传动装置，所述发电机或多个所述发电机可以位于所述一个或多个容腔内；配以相应的所述传动装置，所述一个或多个容腔的位置可以在管道以外的任意位置，也可以在管道以内的任意位置。所述一个或多个容腔的形状可以为任意形状。所述容腔的主要作用是保护发电机免受海水或潮湿空气的接触与侵蚀。发电机本身外层也可以设有密封抗腐蚀外壳，从而保护发电机免受海水或潮湿空气的接触与侵蚀。但所述容腔可以实现对发电机的双重保护。而且，传动装置依照现有技术完全可以实现防水隔水效果，免于海水顺传动装置进入容腔体内或发电机体内。

进一步地，所述传动装置与所述叶轮的旋转轴相连，并将所述叶轮的旋转运动传动至所述发电机运转做功；或者，

所述传动装置与所述叶轮的周向轮盘相连，并将所述叶轮和轮盘的旋转运动传动至所述发电机运转做功。

所述叶轮可采用韦尔斯叶轮，这样不管水流是从哪个扩口流经叶轮，即不管水流是经第一扩口流向叶轮，还是经第二扩口流向叶轮，叶轮都可以朝同一个方向旋转并带动发电机发电。

进一步地，作为所述发电部件内的发电机可以采取多种技术方案，其中的一种技术方案为，发电机可以包括至少一组电枢组件、至少一组磁极组件，所述电枢组件和所述磁极组件绕共有轴线做相对运动，一组电枢组件和一组磁极组件构成一个磁电系单元，所述磁电系单元绕所述管道的周向在管道壁外呈环状结构分布，且以所述管道的轴线为共有轴线。

所述磁电系单元中，所述电枢组件为定子，所述磁极组件为转子，所述转子由所述传动装置传动旋转；或者，所述电枢组件为转子，所述磁极组件为定子，所述转子由所述传动装置传动旋转。

在所述管道附带有一个或多个容腔的技术方案中，所述发电部件内的发电机也可以采取多种技术方案，其中的一种技术方案为，发电机可以包括至少一组电枢组件、至少一组磁极组件，所述电枢组件和所述磁极组件绕共有轴线做相对运动，一组电枢组件和一组磁极组件构成一个磁电系单元，所述磁电系单元绕所述管道的周向在管道壁外呈环状结构分布，且以所述管道的轴线为共有轴线。在此种技术方案中，所述容腔配合发电机的形状，也绕所述管道的周向在管道壁外呈环状结构分布，且以所述管道的轴线为共有轴线。这样所述容腔在所述管道外沿管道周向包裹住所述发电机，从而对所述发电机形成保护，使其免受海水或潮湿空气的接触与侵蚀。需要指出的是，以上所述发电机与所述配套容腔可以为多组，顺管道轴线排列，所述多组发电机分别与多组传动装置和/或多组叶轮配套应用。

在以上所述磁电系单元中，所述电枢组件为定子，所述磁极组件为转子，所述转子由所述传动装置传动旋转；或者，所述电枢组件为转子，所述磁极组件为定子，所述转子由所述传动装置传动旋转。

此外，所述叶轮与所述磁电系单元的转子间可以通过所述传动装置传动；或者，所述叶轮直接带动所述磁电系转子转动。在这种情况下，所述叶轮的径向延长线部分为所述磁电系单元的转子，转子既可以是电枢组件，也可以是磁极组件。在这种情况下，所述叶轮在所述管道内，所述转子在所述管道的管道壁外，沿管道壁外的周向环绕分布。所述管道的管道壁与叶轮和转子间可以依据现有技术采取防水与隔水处理，以实现防水隔水功能，从而隔绝海水或潮湿空气通过管道壁与叶轮和转子的交界面泄漏进入管道壁外，以及隔绝海水或潮湿空气进入发电机内引起电路短路或设备腐蚀等问题。

进一步地，所述电枢组件外设有抗腐蚀绝缘层和/或密封层保护；和/或，所述磁极组件外设有抗腐蚀绝缘层和/或密封层保护。

为了使涌进管道内的水流更好地推动叶轮旋转并最终带动发电机更高效地做功发电，所述第一扩口的内端口的形状为圆形，和/或所述第二扩口的内端口的形状为圆形。

进一步地，所述第一扩口的内端口与所述第二扩口的内端口之间的距离小于所述内端口的口径。这样可以使进入管道内运动地海水更好地直接推动叶轮做功，不至于将海水动能被过长的管壁衰减损失掉。所以管道越短越好，使得涌入的海水动能损失尽可能小。

在海浪发电装置的以上技术方案中，针对不同实施地区的海浪特点以及为了获得最佳聚浪效果，所述第一扩口的外端口的端面可以为曲面或者平面；和/或，所述第二扩口的外端口的端面可以为曲面或者平面。

进一步地，所述第一扩口的口径自外端口向内端口有规则地逐渐减小或者非规则地逐渐减小；和/或，所述第二扩口的口径自外端口向内端口有规则地逐渐减小或者非规则地逐渐减小。

在海浪发电装置采集利用海水侧向动能和势能的技术方案中，针对不同实施地区的海浪特点以及为了获得最佳聚浪效果，以便使涌入管道内的海水以最高动能状态推动叶轮做功并最终带动发电机以最高效率发电，扩口的技术方案如下：

所述第一扩口外端口上边缘的水平高度低于所述第一扩口内端口上边缘的水平高度；和/或，所述第二扩口外端口上边缘的水平高度低于所述第二扩口内端口上边缘的水平高度；

或者，

所述第一扩口外端口上边缘的水平高度高于所述第一扩口内端口上边缘的水平高度；和/或，所述第二扩口外端口上边缘的水平高度高于所述第二扩口内端口上边缘的水平高度；

或者，

所述第一扩口外端口下边缘的水平高度低于所述第一扩口内端口下边缘的水平高度；和/或，所述第二扩口外端口下边缘的水平高度低于所述第二扩口内端口下边缘的水平高度；

或者，

所述第一扩口外端口下边缘的水平高度高于所述第一扩口内端口下边缘的水平高度；和/或，所述第二扩口外端口下边缘的水平高度高于所述第二扩口内端口下边缘的水平高度。

此外，在海浪发电装置采集利用海水侧向动能和势能的技术方案中，扩口的形状还可以如下：

所述第一扩口外端口的上边缘到所述第一扩口内端口的上边缘的竖向纵剖面呈任意曲线形状或直线形状；和/或，所述第二扩口外端口的上边缘到所述第二扩口内端口的上边缘的竖向纵剖面呈任意曲线形状或直线形状；

或者，

所述第一扩口外端口的下边缘到所述第一扩口内端口的下边缘的竖向纵剖面呈任意曲线形状或直线形状；和/或，所述第二扩口外端口的下边缘到所述第二扩口内端口的下边缘的竖向纵剖面呈任意曲线形状或直线形状；

或者，

所述第一扩口外端口的侧边缘到所述第一扩口内端口的侧边缘的平剖面呈任意曲线形状或直线形状；和/或，所述第二扩口外端口的侧边缘到所述第二扩口内端口的侧边缘的平剖面呈任意曲线形状或直线形状。

此外，在海浪发电装置采集利用海水侧向动能和势能的技术方案中，扩口的形状还可以如下：

所述第一扩口外端口的下边缘到所述第一扩口内端口的下边缘的距离小于所述第一扩口外端口的上边缘到所述第一扩口内端口的上边缘的距离；和/或，所述第一扩口外端口的下边缘到所述第一扩口内端口的下边缘的距离小于所述第一扩口外端口的侧边缘到所述第一扩口内端口的侧边缘的距离；和/或，所述第一扩口外端口的上边缘到所述第一扩口内端口的上边缘的距离小于所述第一扩口外端口的侧边缘到所述第一扩口内端口的侧边缘的距离；

和/或，

所述第二扩口外端口的下边缘到所述第二扩口内端口的下边缘的距离小于所述第二扩口外端口的上边缘到所述第二扩口内端口的上边缘的距离；和/或，所述第二扩口外端口的下边缘到所述第二扩口内端口的下边缘的距离小于所述第二扩口外端口的侧边缘到所述第二扩口内端口的侧边缘的距离；和/或，所述第二扩口外端口的上边缘到所述第二扩口内端口的上边缘的距离小于所述第二扩口外端口的侧边缘到所述第二扩口内端口的侧边缘的距离。

此外，在海浪发电装置利用海浪侧向动能和势能发电的技术方案中，第一浮体的形态可以有多种形式，但比较好的一种形式是浮体在顺海浪行进方向上的尺寸小于与海浪行进方向垂直90度方向上的水平面的尺寸。这样的好处是浮体形状顺海浪波峰形态呈一线与波峰形态吻合，更有利于本实用新型装置接收呈横排涌过来的海浪并采集其动能和势能。也不至于在海浪波峰涌过来前使浮体过早上浮从而减弱海浪与扩口以及管道间的相对运动，从而减弱海水推动叶轮做功的动能。为达到此目的，第一浮体的设计方案如下：

1.所述第一浮体在所述第一扩口的内端口和所述第二扩口的内端口的轴线处，且垂直于海平面的截面的宽度，小于所述第一浮体在与所述第一扩口和第二扩口的两个内端口轴线中点位置上且与扩口内端口轴线相垂直的截面的宽度；

2.所述第一浮体在所述第一扩口的内端口和第二扩口的内端口的轴线处，且垂直于海平面的截面的宽度，小于所述第一浮体在靠近所述第一扩口的外端口侧边缘处的顺海浪行进方向上的且是垂直于海平面的截面的宽度；

和/或，

所述第一浮体在所述第一扩口的内端口和第二扩口的内端口的轴线处，且垂直于海平面的截面的宽度，小于所述第一浮体在靠近第二扩口的外端口侧边缘处的顺海浪行进方向上的且是垂直于海平面的截面的宽度。

此外，为了达到更好的聚浪效果，所述第一浮体沿所述第一扩口的扩口壁外侧延展出第一浮体扩口壁凸起，所述第一浮体扩口壁凸起部分突出于所述第一扩口的外端口；和/或，所述第一浮体沿所述第二扩口的扩口壁外侧延展出第一浮体扩口壁凸起，所述第一浮体扩口壁凸起部分突出于所述第二扩口的外端口。这样可以利用浮体凸起达到帮助扩口更进一步聚浪的效果。 

在海浪发电装置采集利用海水竖向动能和势能的技术方案中，针对不同实施地区的海浪特点以及为了获得最佳聚浪效果，以便使涌入管道内的海水以最高动能状态推动叶轮做功并最终带动发电机以最高效率发电。所述第一浮体在所述第一扩口的内端口和第二扩口的内端口的轴线处，顺海浪行进方向上的且是垂直于海平面的截面的宽度，小于所述第一浮体在所述第一扩口的内端口和第二扩口的内端口的轴线处且垂直于顺海浪行进方向的截面的宽度。

在海浪发电装置包含两个浮体的技术方案中，所述第一浮体在所述第一扩口的内端口和第二扩口的内端口的轴线处，顺海浪行进方向上的且是垂直于海平面的截面的宽度，小于所述第一浮体在所述第一扩口的内端口和第二扩口的内端口的轴线处，且垂直于顺海浪行进方向的截面的宽度；和/或，

所述第二浮体在所述第一扩口的内端口和第二扩口的内端口的轴线处，顺海浪行进方向上的且是垂直于海平面的截面的宽度，小于所述第二浮体在所述第一扩口的内端口和第二扩口的内端口的轴线处，且垂直于顺海浪行进方向的截面的宽度。

此外，在海浪发电装置采集利用海水竖向动能和势能的技术方案中，可以按照下面几个方面来调试扩口形态以达到最有利于采集海浪能量，实现最佳发电效果：

所述第一扩口的扩口壁在位于迎接海浪方向上的扩口壁长度小于在顺海浪离去方向上的扩口壁长度；和/或，所述第二扩口的扩口壁在位于迎接海浪方向上的扩口壁长度小于在顺海浪离去方向上的扩口壁长度；

和/或，所述第一扩口的扩口壁在位于迎接海浪方向上的扩口壁长度小于在与海浪行进方向相垂直的边上的扩口壁长度；和/或，所述第二扩口的扩口壁在位于迎接海浪方向上的扩口壁长度小于在与海浪行进方向相垂直的边上的扩口壁长度；

和/或，所述第一扩口的扩口壁在位于顺海浪离去方向上的扩口壁长度小于在与海浪行进方向相垂直的边上的扩口壁长度；和/或，所述第二扩口的扩口壁在位于顺海浪离去方向上的扩口壁长度小于在与海浪行进方向相垂直的边上的扩口壁长度。

在以上所有海浪发电装置包含一个浮体的技术方案中（包括利用海水侧向动能和势能的发电装置和利用海水竖向动能和势能的发电装置两种情况），所述海浪发电装置上可以设置有至少一个水翼，所述水翼位于所述第一扩口的扩口壁外侧；和/或所述第二扩口的扩口壁外侧；和/或所述发电部件的外侧；和/或所述第一浮体的外侧，且所述水翼与海水相接触。这样可以增强发电装置在水中的姿态的稳定性和保持平衡，从而有利于该装置的正常工作和高效发电。

此外，在海浪发电装置包含两个浮体的技术方案中，所述海浪发电装置上可以设置有至少一个水翼，所述水翼位于所述第一扩口的扩口壁外侧；和/或所述第二扩口的扩口壁外侧；和/或所述发电部件的外侧；和/或所述第一浮体的外侧；和/或所述第二浮体的外侧，且所述水翼与海水相接触。带至少一个水翼的道理同上。

作为本实用新型技术方案的另一方面，提供一种海浪发电系统：

海浪发电系统包括至少一个上述的海浪发电装置、至少一个固定装置，所述海浪发电装置为顺海浪行进方向前后一排或至少前后两排相连，每排包括至少一个所述海浪发电装置，所述一排或至少两排海浪发电装置连接于一个所述固定装置上或者至少两个所述固定装置之间。

海浪自深海向浅海方向传播，在海浪波峰涌到主要采集海浪侧向动能和势能发电的一个发电装置时，此发电装置在固定装置或其它前后串接的装置的牵制作用下不能随海浪一起运动，海浪中的海水同该装置形成相对运动，海浪中的海水因此被迎接海浪方向的扩口所聚拢，并流入管道内推动叶轮旋转做功带动发电机发电。当海浪离去时，该发电装置在固定装置或其它前后串接的装置的牵制作用下同样不能随海浪一起运动，因此会使海水与该装置再次形成相对运动，海水从顺海浪离去方向的扩口进入管道推动叶轮做功带动发电机发电。海浪反复涌来，以上过程反复重复从而不断发电。关于海浪中的水质子的运动轨迹在本实用新型说明书后面的具体实施方式中会有详尽说明。所述叶轮可以采用韦尔斯叶轮，这样无论水流以哪种方向流过叶轮，都可推动叶轮朝同一个方向旋转并带动发电机发电。

在海浪发电装置主要采集利用海水竖向动能和势能发电的技术方案中，涌过来的海浪在到达一个采集竖向海浪能量的发电装置时，在倒扣的如扁碗形的下扩口的聚拢作用下，在该装置的整体重力作用下以及其它前后串接的海浪发电装置或固定装置的牵引制动下，海浪中的海水与海浪到达的这个发电装置形成竖向相对运动，海水随之涌入下扩口内端口，进而进入管道并推动叶轮旋转做功从而带动发电机发电。经过叶轮的海水顺管道进一步涌入上扩口内被上扩口收集并承载。上扩口如正放的碗一样正好可以承载海水。当海浪涌过之后，被上扩口收集并承载的海水由于自身重力的作用会向下经上扩口内端口顺管道往下流，在此过程中推动叶轮旋转做功并带动发电机发电。经过叶轮的海水继续向下流，经下扩口的内端口排入下扩口和海中。海浪反复涌来，以上过程反复重复从而不断发电。叶轮可以采用韦尔斯叶轮，这样不管水流是经叶轮向上流入上扩口，还是由上扩口经叶轮向下流入下扩口并排入海中，叶轮都可以朝同一个方向旋转并带动发电机发电。

海浪发电系统的固定装置可以有多种选择，例如，固定装置的第一种实现方式如下：发电系统中的固定装置包括锚和缆索，所述多排或多个海浪发电装置之间经由锁链、缆索或刚性杆依次相连，并通过所述锚和所述缆索固定，使得所述多排或多个海浪发电装置浮于海面上或者悬浮于海水中；所述多排或多个海浪发电装置之间还连接有电缆。

作为海浪发电系统中固定装置的第二种实现方式，固定装置包括至少一根固定于海水中的桩柱和套于所述桩柱上的滑轮套筒，

至少一排或一个所述海浪发电装置经由锁链、缆索或刚性杆与所述滑轮套筒相连，固定在一根桩柱上，使所述至少一排或一个海浪发电装置浮于海面上或者悬浮于海水中；

或者，所述至少一排或一个海浪发电装置经由锁链、缆索或刚性杆相连于至少两个所述滑轮套筒之间，每个所述滑轮套筒对应套于一个所述桩柱上，使所述至少一排或一个海浪发电装置浮于海面上或者悬浮于海水中。

进一步地，在采用固定装置的第二种实现方式时，海浪发电系统可以包含至少两排或两个海浪发电装置，所述至少两排或两个海浪发电装置之间经由锁链、缆索或刚性杆依次相连，且所述至少两排或两个海浪发电装置之间还连接有电缆；

所述至少两排或两个海浪发电装置经由锁链、缆索或刚性杆与所述滑轮套筒相连，固定在一根桩柱上，使所述至少两排或两个海浪发电装置浮于海面上或者悬浮于海水中；

或者，所述至少两排或两个海浪发电装置经由锁链、缆索或刚性杆相连于至少两个所述滑轮套筒之间，每个所述滑轮套筒对应套于一个所述桩柱上，使所述至少两排或两个海浪发电装置浮于海面上或者悬浮于海水中。

在固定装置的第二种实现方式中，所述滑轮套筒包括套筒、第三浮体、至少一排滚轮、固定滚轮装置，

所述套筒套于所述桩柱上，所述至少一排滚轮位于所述套筒与所述桩柱之间，并通过所述固定滚轮装置固定于套筒内；所述第三浮体连接于套筒上，所述至少一排滚轮与所述第三浮体相配合，使所述滑轮套筒浮于海面上或者悬浮于海水中，且能沿所述桩柱上下浮动。这样就可以保证整套系统的固定装置在不管涨潮还是落潮，即在海平面高度发生变化的情况下，都可以对成串连接的发电装置起到横向固定的作用，起到限制整套发电装置相对位移的效果。使发电装置不在来浪的冲击下随波逐流，这样可以使海浪中的海水质点与发电装置的扩口和管道以及叶轮产生相对运动。产生相对运动很重要，因为正是这一相对运动推动叶轮旋转做功并带动发电机发电。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的海浪发电装置创意独特地充分利用海浪能，独具创新地充分利用了海浪的侧向动能和势能，也独具特色地充分利用了海浪具有的上下起伏的竖向动能和势能，在提高海浪能利用效率的同时，还提高了海浪发电效率。

除此之外，本实用新型更别具匠心、创新独特地利用波的衍射原理，将自然界沿海岸线呈横排涌来的海浪，得以纵向地被采集海浪能，这样可以大幅减少锚或桩柱的使用数量，从而大幅降低成本。具体说明如下：

针对沿海岸线横排的海浪，若希望成规模采集海浪能发电，可以顺海岸线横向布置海浪发电装置，但这样每个海浪发电装置都需要设置至少一个锚或桩柱来固定该装置，那么就必须沿海岸线横向布置很多锚或桩柱（为了实现成规模发电，需要布置很多海浪发电装置），用来固定上述海浪发电装置。然而设置很多锚或桩柱必然会造成成本的增加，同时也会加大施工难度。此外，沿海岸线设置很多锚或桩柱也不利于沿岸海洋生态，甚至还可能会破坏沿岸海洋生态。

衍射（Diffraction）又称为绕射，波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象。衍射现象是波的特有现象，一切波都会发生衍射现象。

在本实用新型的海浪发电系统中，多个海浪发电装置是悬浮于海面并相互被前后联结成串、连成纵队的，而且前后有一定的间隔。此种独创的特殊结构可以充分利用衍射现象所带来的好处，这是因为海浪在经过前面的海浪发电装置，并被该发电装置采集海浪能量后，海浪还会恢复波形和能量供后面的发电装置继续采集。如此这般，本实用新型技术方案就创新独特地利用首创独有技术将沿海岸线横排的海浪所具有的能量变成纵向地被海浪发电装置采集和发电。这样就可最大程度地减少发电系统中对锚或桩柱等固定设备需求的数量，从而可大幅降低成本，也大幅降低施工难度。

本实用新型是独家首先将衍射原理利用于海浪发电从而取得有益效果的创造。

而且，因为成串的海浪发电装置是悬浮于海面，这样就可最大限度地保护近海海洋生态与环境，使其免受破坏。此外，在大风浪等特殊天气即将来临前，可以根据天气预报提前用配套船只来回收海浪发电装置回港，避免恶劣天气对发电系统的影响或损坏，待天气状况改善后再将发电装置重新放入海中正常工作。

此外，本发电装置或整套系统不光适用于浮在水面，装置和系统也可以悬浮于水面以下来实施；而且，也不光局限于利用海浪或海浪能，任何有水流或波浪的水域都可以应用本实用新型所提供的技术方案来发电，例如河流、湖泊，以及有海流或洋流的海域或水域等都可以适用。

附图说明

图1为本实用新型海浪发电装置利用海浪的侧向动能和势能的一种实现方式的结构主视图；

图2为本实用新型海浪发电装置利用海浪的侧向动能和势能的另一种实现方式的结构主视图；

图3为本实用新型中带一个浮体的海浪发电装置利用海浪的竖向动能和势能的一种实现方式的结构主视图；

图4为本实用新型中带两个浮体的海浪发电装置利用海浪的竖向动能和势能的一种实现方式的结构主视图；

图5为艾里理论原理示意图；

图6为水流经过一个垂直于海面的竖直截面A-B时的演示示意图；

图7为本实用新型中发电部件的一种实现方式的结构示意图；

图8为本实用新型中发电机的一种实现方式的结构示意图；

图9为本实用新型海浪发电装置中的扩口和叶轮的第一种结构示意图；

图10为本实用新型海浪发电装置中的扩口和叶轮的第二种结构示意图；

图11为本实用新型海浪发电装置中的扩口和叶轮的第三种结构示意图；

图12为本实用新型海浪发电装置中的扩口和叶轮的第四种结构示意图；

图13为图10所示的扩口形态的侧视图；

图14为本实用新型中的第一浮体形态的水平截面俯视示意图；

图15为本实用新型中的第一浮体另一种形态的水平截面俯视示意图；

图16为本实用新型海浪发电系统的一种构成示意图；

图17为本实用新型中的固定装置的一种实现方式的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

作为本实用新型技术方案的一方面，提供一种海浪发电装置，其具体实现方式如下。

参见图1、图2所示，本实用新型的海浪发电装置包含第一浮体105、第一扩口102/102ˊ、第二扩口103/103ˊ、发电部件101。其中，第一扩口102/102ˊ、第二扩口103/103ˊ分别位于发电部件101的两侧，并与发电部件101共同固定在第一浮体105上，海浪中的海水经由其中一个扩口到达发电部件101，并经由发电部件101流向另一个扩口。图1所示的发电装置中，海浪经由第二扩口103进入发电部件101，再经由第一扩口102流出。图2所示发电装置中，海浪经由第一扩口102ˊ进入发电部件101，再经由第二扩口103ˊ流出。发电部件可以包括水轮机和与其连动的发电机。本实用新型的海浪发电装置可充分地利用海浪所具有的动能和势能，成功利用流过发电部件的海水推动水轮机叶轮旋转，进而带动发电机发电，将海浪能量转换为电能输出。

本实用新型海浪发电装置的第一种应用是主要利用海浪的侧向动能和势能。如图1、图2所示，为了保证海浪发电装置在应用时能够浮于海面上，设置了第一浮体105。第一浮体105位于第一扩口102/102ˊ与第二扩口103/103ˊ之间，且靠近第一扩口102/102ˊ外端口和第二扩口103/103ˊ外端口的上边缘部位。第一扩口102/102ˊ、第二扩口103/103ˊ、发电部件101位于第一浮体105的下方，海浪发电装置的重心位于第一浮体105的下方，使海浪发电装置浮于海中，第一扩口102/102ˊ的内端口和第二扩口103/103ˊ的内端口沉入海水中，海浪中的海水经由其中一个扩口到达发电部件101，并经由发电部件101流向另一个扩口。如图2所示，可以是第一扩口102ˊ朝向海浪涌来的方向，第二扩口103ˊ朝向海浪涌去的方向。在具体应用此装置时，可以调整第一浮体产生的浮力使发电装置的扩口内端口浸入水中，但第一浮体浮于海面，这样发电装置主要利用靠近海面的海浪动能和势能发电；也可以调整第一浮体产生的浮力使整个发电装置悬浮于一定深度的海水中，这样发电装置可以主要利用洋流中的水流动能发电。

本实用新型海浪发电装置的第二种应用是主要利用海浪的竖向动能和势能，可以包括以下两种实现方式。

在第一种实现方式中，海浪发电装置仅包含一个第一浮体。如图3所示，第一浮体105位于第一扩口102与第二扩口103之间，沿第一扩口102和第二扩口103圆周环绕分布，使海浪发电装置浮于海中，第一扩口102朝向海底，第二扩口103朝向天空，海浪中的海水经由其中一个扩口到达发电部件，并经由发电部件流向另一个扩口。第一浮体呈圆环状环绕于第一扩口102和第二扩口103之间，这样通过第一浮体提供的浮力作用使海浪发电装置浮于海面上，或悬浮于海中。这样当图1所示的海浪发电装置旋转90°后置于海水中应用时，海浪发电装置可利用海浪的竖向动能和势能，将海浪能转换为电能输出。

在第二种实现方式中，海浪发电装置还包含一个第二浮体106，如图4所示。第二浮体106与第一浮体105相对设置，第一扩口102、第二扩口103和发电部件101位于第一浮体105和第二浮体106之间，使海浪发电装置浮于海中，第一扩口102朝向海底，第二扩口103朝向天空，海浪中的海水经由其中一个扩口到达发电部件101，并经由发电部件101流向另一个扩口。相对设置的两个浮体105和106可保证海浪发电装置本身的平衡性，从而使发电装置保持正常工作状态。

由于风的作用和其它因素的综合作用，自然界的真实海浪中的水质点除具有竖向的上下波动的竖向能量以外，更具有侧向动能和势能，而且自然界的真实的近海海浪往往由于吸收了风的能量和其它因素的综合作用而使得其海浪中的水质点所具有的侧向动能和势能大于其上下波动的竖向能量。

艾里理论较好地描述了近海海浪中水质点的运动特性，图5为本实用新型海浪发电装置利用侧向海浪能的原理图。f为海浪的传播方向，近岸处海中水粒子的运动轨迹为椭圆形，其中，c体现水质点具有向右的侧向动能，d体现水质点具有垂直向下的竖向动能，a体现水质点具有向左的侧向动能，b体现水质点具有垂直向上的竖向动能。本实用新型的海浪发电装置可充分地利用海浪具有的侧向动能以及竖向动能，将其尽可能多的转化为电能输出。

本实用新型海浪发电装置内的发电部件可以有多种实现方式，现举例来说：

发电部件的一种具体实现方式如图7所示，发电部件11包括管道15、叶轮12、叶轮固定装置16、传动装置13、发电机14，管道15带有容腔17，发电机14位于该容腔17的中空体内。容腔17的主要作用是保护发电机免受海水或潮湿空气的接触与侵蚀。发电机14本身外层也设有密封抗腐蚀外壳，从而保护发电机免受海水或潮湿空气的接触与侵蚀。但容腔17可以实现对发电机14的双重保护。

如图7所示，叶轮12通过叶轮固定装置16固定于管道15内，海水在管道15内流动推动叶轮12旋转，传动装置13与叶轮12的旋转轴相连，并将叶轮12的旋转运动传动至发电机14运转做功。叶轮12可采用韦尔斯叶轮，这样不管水流是从哪个扩口流经叶轮12，即不管水流是经第一扩口流向叶轮12，还是经第二扩口流向叶轮12，叶轮12都可以朝同一个方向旋转并带动发电机14发电。

发电部件的另一种具体实现方式如图8所示，其具有如下特点：

1）叶轮固定装置与传动装置为一体化设计，如图8中标号20所示；

2）传动装置与叶轮12的周向轮盘相连，并将叶轮12的旋转运动传动至发电机18运转做功；

3）发电机18包括至少一组电枢组件42、至少一组磁极组件41。电枢组件42和磁极组件41绕共有轴线做相对运动，一组电枢组件42和一组磁极组件41构成一个磁电系单元。磁电系单元绕管道15周向呈环状结构分布，且以管道15的轴线为共有轴线。当电枢组件42为定子时，磁极组件41为转子；或者，电枢组件42为转子，磁极组件41为定子。只要二者能够作相对运动即可，通过切割磁力线，由磁通量变化实现磁电转化，产生电能输出；

4）管道15带有容腔19，容腔19配合发电机18的形状，也绕管道15的周向在管道壁外呈环状结构分布，且以管道15的轴线为共有轴线。这样容腔19在管道15外沿管道15周向包裹住发电机18，从而对发电机18形成额外保护，使其免受海水或潮湿空气的接触与侵蚀。

图7和图8所示的发电部件只是2种具体实施方式，除此之外还有多种实现方式。在此不再赘述。

另外，叶轮也可以被布置在管道之外，但却是在扩口范围内，这个也是一种具体实现方式。此外，还可以采取以上两种方案的混合方案，在管道内布置一个叶轮或几个叶轮，同时在扩口内也布置一个到多个叶轮的办法，并配合相应传动装置。此处不再赘述。 

叶轮的实现方式也可以采取多种形态。叶轮与管道的固定，以及叶轮如何与发电机连动，都可以根据现有技术采取多种方式。举例来说，叶轮可以有实体旋转轴并通过与之连接的传动装置连动发电机发电，固定装置也可以通过轴承等将实体转轴固定从而将叶轮固定在管道内或扩口内；或者叶轮没有实体旋转轴，而是通过叶轮沿周向的轮盘与传动装置连接并直接带动发电机中的转子旋转，使发电机做功发电。没有实体转轴的叶轮可以通过轮盘与固定装置连接从而将叶轮固定在管道内，例如沿叶轮最外围圆周设置轮盘，轮盘与管道内壁之间设置滚珠轴承这一固定装置的办法将叶轮固定在管道内，同时叶轮和轮盘可以顺管道壁周向自由旋转。

发电部件内的发电机也可以采取多种实现方式。此处不再赘述。

此外，为了使本实用新型的发电机能够在发电装置浸泡在海水中的常态下常年正常使用避免潮气的侵蚀，除了采取密闭中空容腔来作为发电机的安全保护以外，电枢组件和/或磁极组件外设有抗腐蚀绝缘层和密封层保护，可以防止海水及潮气对磁电系单元的侵蚀。而所述密闭中空容腔可以设置打开及关合装置，可以将中空容腔打开而后还可以密封闭合，以便可以在其内部安装及拆卸发电机，以便于维修或更换。

海浪自深海向浅海方向传播，在海浪波峰涌来时，发电装置在第一浮体105的作用下上浮，提升扩口位置，结合图5所示的艾里理论可知，若此时水流方向如图1中的f；在海浪波谷到达时，发电装置随之下降，此时水流方向则变成相反，如图2中的g所示。因此，如图8中所示本实用新型中的发电部件101中的叶轮12可采用韦尔斯叶轮，这样无论水流以哪种方向流过发电部件，都可推动叶轮12朝同一个方向旋转，从而经由传动装置13带动发电机运转产生电能。

图5为海浪中一个水质点的运动形态图。图6为垂直于海面的一个固定竖直截面A-B（此截面可以被视作本实用新型中简化的管道或叶轮），在海浪涌来时单个水质点经过该截面的运动情况演示图。从中可以看出，当一个海浪从左往右涌来时（图中用f表示），水质点穿越竖直截面A-B的运动轨迹说明如下（需要图5和图6一起对照来理解下面的说明）： 

1．从aˊ时间点到bˊ时间点，代表的是从波谷到波峰的一半，即代表了1/4周期。此时，水质点从右往左运动，水流从右往左流过A-B截面，从右往左推动叶轮12运转； 

2.从bˊ时间点到cˊ时间点后再到dˊ时间点，代表的是从波峰的一半到波峰的顶点，再从波峰的顶点到下一个波谷的一半，即代表了1/2周期。此时，水质点从左往右运动，水流从左往右流过A-B截面，从左往右推动叶轮12运转；

3．从dˊ时间点到a〞时间点，代表的是从波谷的一半到波谷的谷底，即代表了1/4周期。此时，水质点从右往左运动，水流从右往左流过A-B截面，从右往左推动叶轮12运转。至此完成一个周期的海浪运动，如此循环往复，海浪一波波涌来，往复地推动叶轮12运转，进而产生电能输出。

需要认识到，以上仅是利用艾里理论对管道内的海水流向做简化了的简要说明和演示，实际应用中的水流可能更复杂。

进一步地，为了使涌进管道内的水流更有力地推动叶轮更好地旋转，并最终带动发电机更高效地做功发电，第一扩口102的内端口的形状为圆形；和/或第二扩口103的内端口的形状为圆形。

进一步地，第一扩口102的内端口与第二扩口103的内端口之间的距离小于内端口的口径（如果内端口为圆形，则内端口的口径为圆形的直径），即管道15的轴向长度小于管道15的径向直径，以能安放叶轮12为前提，管道15的轴向长度越小越好。这是因为尽量减小管道的长度，就可尽量减少管腔内的海水在运动过程中自身动能的能量衰减，使海水动能直接作用在叶轮12上，这样在海浪动能输入相同的情况下，就可提高动能的采集量，进而提高电能的转化输出量。

针对不同实施地区的海浪特点以及为了获得最佳聚浪效果，如图1、图2、图3、图4所示，第一扩口的口径自外端口（即扩口远离发电部件的端口）向内端口（即扩口靠近发电部件的端口）规则地逐渐减小或者非规则地逐渐减小；和/或，第二扩口的口径自外端口向内端口规则地逐渐减小或者非规则地逐渐减小。也就是扩口可以是规则的喇叭口形状，也可以是由不规则的任意曲面形成的由外向内尺寸不规则减小的形状。从而针对不同海域的海浪特点来实现最佳聚浪作用，从而提高海浪能量的利用率，增大发电量。

本实用新型的海浪发电装置利用海浪侧向动能和势能发电时，为实现最佳聚浪效果并使得涌进管道内的海水进水量最大并同时具有最高动能，可以根据实施海域的海浪特点，按照下面四方面来调试扩口形态：

1.第一扩口外端口上边缘的水平高度低于第一扩口内端口上边缘的水平高度；和/或，第二扩口外端口上边缘的水平高度低于第二扩口内端口上边缘的水平高度。或者，

第一扩口外端口上边缘的水平高度高于第一扩口内端口上边缘的水平高度；和/或，第二扩口外端口上边缘的水平高度高于第二扩口内端口上边缘的水平高度。或者，

第一扩口外端口下边缘的水平高度低于第一扩口内端口下边缘的水平高度；和/或，第二扩口外端口下边缘的水平高度低于第二扩口内端口下边缘的水平高度。或者，

第一扩口外端口下边缘的水平高度高于第一扩口内端口下边缘的水平高度；和/或，第二扩口外端口下边缘的水平高度高于第二扩口内端口下边缘的水平高度。

2.第一扩口外端口的上边缘到第一扩口内端口的上边缘的竖向纵剖面（即第一括口的上侧扩口壁在竖直方向上的剖面）呈任意曲线形状或直线形状，包括呈任意角度的抛物线形状；和/或，第二扩口外端口的上边缘到第二扩口内端口的上边缘的竖向纵剖面（即第二括口的上侧扩口壁在竖直方向上的剖面）呈任意曲线形状或直线形状，包括呈任意角度的抛物线形状。或者，

第一扩口外端口的下边缘到第一扩口内端口的下边缘的竖向纵剖面（即第一括口的下侧扩口壁在竖直方向上的剖面）呈任意曲线形状或直线形状，包括呈任意角度的抛物线形状；和/或，第二扩口外端口的下边缘到第二扩口内端口的下边缘的竖向纵剖面（即第二括口的上侧扩口壁在竖直方向上的剖面）呈任意曲线形状或直线形状，包括呈任意角度的抛物线形状。或者，

第一扩口外端口的侧边缘到第一扩口内端口的侧边缘的平剖面（即第一括口的侧扩口壁在水平方向上的剖面）呈任意曲线形状或直线形状，包括呈任意角度的抛物线形状；和/或，第二扩口外端口的侧边缘到第二扩口内端口的侧边缘的平剖面（即第二括口的侧扩口壁在水平方向上的剖面）呈任意曲线形状或直线形状，包括呈任意角度的抛物线形状。

3.参见图13，第一扩口外端口的下边缘到第一扩口内端口的下边缘的距离d₃小于第一扩口外端口的上边缘到第一扩口内端口的上边缘的距离d₁；和/或，第一扩口外端口的下边缘到第一扩口内端口的下边缘的距离d₃小于第一扩口外端口的侧边缘到第一扩口内端口的侧边缘的距离d₂；和/或，第一扩口外端口的上边缘到第一扩口内端口的上边缘的距离d₁小于第一扩口外端口的侧边缘到第一扩口内端口的侧边缘的距离d₂；

和/或，

第二扩口外端口的下边缘到第二扩口内端口的下边缘的距离小于第二扩口外端口的上边缘到第二扩口内端口的上边缘的距离；和/或，第二扩口外端口的下边缘到第二扩口内端口的下边缘的距离小于第二扩口外端口的侧边缘到第二扩口内端口的侧边缘的距离；和/或，第二扩口外端口的上边缘到第二扩口内端口的上边缘的距离小于第二扩口外端口的侧边缘到第二扩口内端口的侧边缘的距离。

扩口形态的侧面图，以图9、图10、图11和图12为例来说，以图10所示的方案为最优，图13为图10的侧视图。此种扩口形态比其它三个图所示的扩口形态更好地利用海浪能量，从而提高发电装置的电能输出量。其主要原因如下：一方面，因为在该种方式下，扩口内端口的水平位置尽量靠近海浪的顶端，而根据艾里理论可知，越靠近海浪顶端的水质点的动能越大。因此此方案使得涌入内端口的海水的动能更大，比其它三个图所展示的扩口形态的情况为优。另一方面，此种扩口外端口的横向宽度大于竖向高度，这样在保证实现上述第一方面的优势的情况下，可以增大横向海浪的收集区域，这同海浪涌过来的自然形态是一致的，使尽量多的海水涌入扩口进而涌入内端口并推动叶轮做功，提高海浪能的利用效率。

在海浪发电装置利用海浪侧向动能和势能发电的技术方案中，第一浮体的形态可以有多种形式，但比较好的一种形式是浮体在顺海浪行进方向上的尺寸小于与海浪行进方向垂直90度方向上的水平面的尺寸。这样的好处是浮体形状顺海浪波峰形态呈一线形态与波峰形态吻合，更有利于本实用新型装置接收呈横排涌过来的海浪并采集其动能和势能。也不至于在海浪波峰涌过来前使浮体过早上浮从而减弱吸收海浪与扩口和管道间的相对运动，从而减弱海水推动叶轮做功的动能。为达到此目的：

如图14所示，第一浮体105的水平截面为哑铃型，其中，E₂F₂F₁E₁为第一扩口102的扩口壁截面。

第一浮体105的第一位置处的宽度d₆小于第一浮体105第二位置处的宽度d₇。第一位置的宽度d₆即为第一浮体105在第一扩口102的内端口和第二扩口103的内端口的轴线处且垂直于海平面的截面的宽度；第二位置的宽度d₇即为第一浮体105在与第一扩口102和第二扩口103之间的顺海浪行进方向上的两个扩口的内端口轴线中点位置上且与扩口的内端口轴线相垂直的截面的宽度。

而且，第一浮体的第一位置处的宽度d₆小于第一浮体第三位置处的宽度d₈。第三位置处的宽度d₈即为第一浮体105在靠近第一扩口102的外端口侧边缘处的顺海浪行进方向上的且是垂直于海平面的截面的宽度。和/或，第一浮体的第一位置处的宽度d₆小于第一浮体第四位置处的宽度d₉。第四位置处的宽度d₉即为第一浮体105在靠近第二扩口103的外端口侧边缘处的顺海浪行进方向上的且是垂直于海平面的截面的宽度。

为了更进一步获得聚浪能力，对本实用新型装置的浮体还可以进行如下设计：第一浮体105沿第一扩口的扩口壁外侧还延展出第一浮体扩口壁凸起，第一浮体扩口壁凸起部分突出于第一扩口的外端口；和/或，第一浮体105沿第二扩口的扩口壁外侧延展出第一浮体扩口壁凸起，第一浮体扩口壁凸起部分突出于第二扩口的外端口。如图15中的D₁M₁P₁E₁和D₂M₂P₂E₂为所述突出于第一扩口外端口的浮体扩口壁凸起的截面图。通过设置第一浮体扩口壁凸起，一方面，相当于增大了发电装置的进浪扩口，达到最大化聚浪的目的；另一方面，当海浪涌来时波峰首先会作用在第一浮体扩口壁凸起上，这将推动扩口向上翘起，此种形态更有益于扩口承载海浪并将聚拢的海浪导入扩口内端口内的管道使海浪更好地推动叶轮做功，使发电效率更高。此外，浮体凸起部分还可起到保护扩口免于被其它物体碰撞损毁等起到保护作用。

进一步地，第一浮体扩口壁凸起部分还可以具有一定的倾斜角度，如图15中M₂P₂、M₁P₁所示，这也是为了更好地聚浪而设置。

本实用新型中的第一扩口102和第二扩口103，一方面起到聚浪的作用，从而增大采集涌来的具有动能和势能的海浪的面积和体积并将其汇聚从而增大海水动能，另外一方面本实用新型扩口与浮体和发电部件之间的关系和形态使得扩口协助涌过来的海浪进入扩口内端口内的管道，使涌进来的海水与管道和叶轮之间形成相对运动，正是海水与通道以及叶轮之间的这一相对运动，才使得海水推动叶轮12旋转，并最终带动发电机运转并产生电能。

在海浪发电装置利用海浪竖向动能和势能发电的技术方案中，为实现最佳聚浪效果并使得涌进管道内的海水进水量最大并同时具有最高动能，在只有第一浮体的实施方案中，浮体的横宽尺寸可以具有如下特点：

第一浮体105在第一扩口102的内端口和第二扩口103的内端口的轴线处，顺海浪行进方向上的且是垂直于海平面的截面的宽度，小于第一浮体105在第一扩口102的内端口和第二扩口103的内端口的轴线处且垂直于顺海浪行进方向的截面的宽度。

在海浪发电装置包含两个浮体的实施方案中，第一浮体105在第一扩口102的内端口和第二扩口103的内端口的轴线处，顺海浪行进方向上的且是垂直于海平面的截面的宽度，小于第一浮体105在第一扩口102的内端口和第二扩口103的内端口的轴线处且垂直于顺海浪行进方向的截面的宽度。和/或；第二浮体106在第一扩口102的内端口和第二扩口103的内端口的轴线处，顺海浪行进方向上的且是垂直于海平面的截面的宽度，小于第二浮体106在第一扩口102的内端口和第二扩口103的内端口的轴线处且垂直于顺海浪行进方向的截面的宽度。

在海浪发电装置利用海浪竖向动能和势能发电的技术方案中，为实现最佳聚浪效果，参见图3，第一扩口102的扩口壁在位于迎接海浪方向上的扩口壁长度d₄小于在顺海浪离去方向上的扩口壁长度d₅；和/或，第二扩口103的扩口壁在位于迎接海浪方向上的扩口壁长度小于在顺海浪离去方向上的扩口壁长度。

和/或，第一扩口102的扩口壁在位于迎接海浪方向上的扩口壁长度d₄小于在与海浪行进方向相垂直的边上的扩口壁长度，或者是说，d₄小于第一括口102在与海浪行进方向相垂直的且是在水平方向上的扩口壁长度。因为在三维空间内，与海浪行进方向相垂直的是一个平面，平面上任意指向的直线都是与海浪行进方向垂直的。此处是指在这个平面上在水平方向上的情况。和/或，第二扩口103的扩口壁在位于迎接海浪方向上的扩口壁长度d₄小于在与海浪行进方向相垂直的边上的扩口壁长度。和/或，第一扩口102的扩口壁在位于顺海浪离去方向上的扩口壁长度d₅小于在与海浪行进方向相垂直的边上的扩口壁长度；和/或，第二扩口103的扩口壁在位于顺海浪离去方向上的扩口壁长度d₅小于在与海浪行进方向相垂直的边上的扩口壁长度。

在以上各提到扩口的技术方案中，第一扩口、第二扩口上还可以各包括至少一个金属网，这样可以防止随海浪一起运动的海带、海藻等杂物进入发电部件101，影响叶轮12的正常运转。此外，设置金属网还可保护海洋生物，使其不受海浪发电装置工作的影响，防止海洋生物被叶轮打到而受伤。

此外，为了保证本实用新型海浪发电装置在海水中的稳定性，参见图16，海浪发电装置上还设置有至少一个水翼107，水翼107位于第一扩口的扩口壁外侧；和/或第二扩口的扩口壁外侧；和/或发电部件101的外侧；和/或第一浮体105的外侧，且水翼与海水相接触。水翼可以产生位移阻力，通过水翼可以增强发电装置在水中以及在来浪情况下的平衡，防止侧翻等效果，增强发电装置在海水中的稳定性。若海浪发电装置中还包括第二浮体106，则第二浮体106的外侧也可设置至少一个水翼。此外，水翼107还可以是三角翼或者三叉戟形式的多重水翼，以增大维持海浪发电装置的平衡性和稳定性的效果。另外，也可以将水翼设置在顺海浪方向的后扩口的后面，这样可以起到如同风向标的尾翼的作用，使得前扩口永远指向来浪方向的作用。

作为本实用新型技术方案的另一方面，提供一种海浪发电系统。具体实现方式如下。

海浪发电系统包括至少一个本实用新型的海浪发电装置、至少一个固定装置，海浪发电装置为顺海浪行进方向前后一排或至少前后两排相连，每排包括至少一个海浪发电装置，一排或至少两排海浪发电装置连接于一个固定装置上或者至少两个固定装置之间。固定装置可以采取多种形式，固定装置可以被固定在海底或者固定在其它不随海浪移动的物体上或者较少随海浪移动的物体上（比如停靠在海中的较大船只等），这样单个或多个海浪发电装置以及连接成串或者组网形成海浪发电系统的成套多个装置，通过固定装置的作用就可使其迎接海浪后不随海浪一起发生水平位移或侧向位移，以及不随海浪一起随波逐流，这样可以最大限度地使涌过来的海浪进入扩口内，同管道和叶轮发生相对运动，海水通过这一相对运动推动叶轮旋转并带动发电机发电。 除此之外，固定装置还可起到保持海浪发电装置的平衡性以及海浪发电装置位置的稳定性等作用。海浪发电装置所产生的电能可经整流器整流后，再由电缆输送上岸后并入电网，也可先经电缆输送上岸后再整流后并入电网。

当海浪发电系统中包括至少两个海浪发电装置时，至少两个海浪发电装置可以依次首尾串接，再固定在一个固定装置上或两个固定装置之间；和/或，至少两个海浪发电装置并排连接后，再固定在一个固定装置上或两个固定装置之间；和/或，多个海浪发电装置先并排连接后，再前后串接多排。以上经排列组合可以有以下四种连接方式：

1.多个海浪发电装置经由锁链、缆索或者刚性杆依次首尾串接于一个固定装置上或两个固定装置之间。

2.多个海浪发电装置并排连接于一个固定装置上或两个固定装置之间，该种情况下，多个海浪发电装置可以紧密地并排连接，共用一个第一浮体105，共同在第一浮体105的浮力作用下浮于海中。

3.多个海浪发电装置依次首尾成串连接，而后每间隔几个成串的海浪发电装置连接一个固定装置。这样固定装置也是顺海浪行进方向成间隔设置，每两个固定装置之间设置成串海浪发电装置。

4. 多个海浪发电装置先紧密地并排连接，形成一个并接单元后，多个并接单元再依次串接于一个固定装置上或两个固定装置之间。也可以是多个成串的并接单元串接于顺海浪行进方向成间隔设置的多个固定装置之间。

本实用新型中的固定装置可以采取多种形式，固定装置可以被固定在海底或者固定在其它不随海浪移动的物体上或者较少随海浪移动的物体上，比如停靠在海中的较大船只等多种形式。其中有两种较好的实现形式，第一种实现方式如下：固定装置200包括至少一根固定于海水中的桩柱201和套于桩柱201上的滑轮套筒206。如图16所示，至少一排或一个海浪发电装置100经由锁链、缆索或刚性杆与滑轮套筒206相连，固定在一根桩柱201上；或者，如图17所示，至少一排或一个海浪发电装置100经由锁链、缆索或刚性杆相连于至少两个滑轮套筒206之间，每个滑轮套筒206对应套于一根桩柱201上。这样都可以使所述至少一排或一个海浪发电装置浮于海面上或者悬浮于海水中。

进一步地，若海浪发电系统包含至少两排或两个海浪发电装置，至少两排或两个海浪发电装置之间经由锁链、缆索或刚性杆依次相连，且至少两排或两个海浪发电装置之间还连接有电缆；至少两排或两个海浪发电装置通过滑轮套筒206固定在一根桩柱201上或者固定在至少两根桩柱201之间。

在固定装置的第一种实现方式中，通过前后两根桩柱201和滑轮套筒206使得海浪发电装置浮于海面上或者海中，海浪发电装置基本不随海浪运动发生前后位移，这样使得进入海浪发电装置扩口内的海水与管道和叶轮间形成较大相对运动，更有利于推动叶轮做功并带动发电机发电，从而产生较好的发电效果和效率。本方式可适用于单个海浪发电装置构成的系统，同样更适用于多个海浪发电装置构成的系统。

参见图16、图17，滑轮套筒206包括套筒202、第三浮体203、至少一排滚轮204、固定滚轮装置205。其中，套筒202套于桩柱201上，至少一排滚轮204位于套筒202与桩柱201之间，并通过固定滚轮装置205固定于套筒202内；第三浮体203连接于套筒202上，至少一排滚轮204与第三浮体203相配合，使滑轮套筒206浮于海面上或者悬浮于海水中，且能沿桩柱201上下浮动。其中，滚轮204用于保证滑轮套筒206沿桩柱201上下自由活动，起到减少磨擦力的作用，第三浮体203用于提供滑轮套筒206浮于海面的浮力，二者相互配合来保证滑轮套筒206始终位于海面上。实际实施中套筒也可以没有滑轮，也是可以浮在海面的，但有滑轮的装置显然更好。

浮于海面是主要实施方式，滑轮套筒和整套发电装置也可以采取悬浮于海水中的实施方式。通过设置滑轮套筒206使得海浪发电装置与套筒202同时浮于海面上，在无浪的情况下彼此位于同一高度。

本实用新型中的固定装置的第二种实现方式如下。固定装置包括锚和缆索，多个海浪发电装置之间经由锁链、缆索或刚性杆依次相连，并通过锚和缆索固定，使得多个海浪发电装置浮于海面上，多个海浪发电装置之间还连接有电缆。本方式主要适用于多个海浪发电装置构成的系统。此外，在应用拥有多个海浪发电装置的系统时，也可以采取在最前面的一个海浪发电装置前通过锁链、缆索或刚性杆连接在一个固定物体上，或连接在相对较大的漂浮物上，而后通过漂浮物连接锚链和锚的方案，此处所述的相对较大的漂浮物可以是船只或任何漂浮体。

当系统中包括多个海浪发电装置时，若采用锚和锚链的方式来固定海浪发电装置，需要认识到在这种实施方式下，可能会降低首尾发电装置的发电效率，但由于后面多个发电装置的彼此牵引和制动作用，使得此种固定方式不至于太影响多个发电装置的正常工作。这种实现方式虽然发电效率没有第一种实现方式理想，但用锚来固定较灵活简便，可以省去安装桩柱的投资。故在对发电效率要求不高时，也可以采用固定装置的第二种实现方式。当然，在系统中包括多个海浪发电装置的情况下，应用固定装置的第一种实现方式整体发电效果会更好。

下面对本实用新型技术方案的整体系统实施应用作简单介绍：

多个海浪发电装置之间成串连接，在成串连接时，可以是一个侧面有扩口的发电装置在后面或前面连接一个上下有扩口的发电装置，这样间隔布置，也可以是几个侧面有扩口的发电装置成串连接后，再连接几个上下有扩口的发电装置，这样前后连接成串。或者是采取一个上下有扩口的发电装置与一个侧面有扩口的发电装置彼此先紧密地并排连接甚至是共用一个浮体，而后再前后连接同样是这样的两个并排连接的发电装置，而后再前后连接另外一排两个发电装置，如此这般地前后串接多排。这也是一种连接方式和实施方案。当然，也可以在一串发电装置中都是侧面有扩口的发电装置，或者都是上下有扩口的发电装置。 

不管上面采取哪种组合方式，成串的发电装置的首尾都可以分别通过滑轮套筒206固定在两根桩柱201之间，以防止因海浪的冲击作用产生漂移，影响发电效率。而多个或多排发电装置之间依次首尾串接，也同样可起到固定每个海浪发电装置的作用，每个装置因为彼此牵制，避免每个装置因海浪作用而随波逐流。

本实用新型的海浪发电系统，整套系统若采用两头利用滑轮套筒206和桩柱201固定的方法来实施，则在海浪或海流流向较固定的海域实施为最佳，这些海域包括在海峡或有固定潮汐或固定涨潮落潮方向的近海海域，头尾桩柱顺海浪行进方向布置，或者在顺海浪行进方向上，每隔一定间隔（例如200m）设置一根桩柱，在桩柱之间串接多个海浪发电装置；若整套系统采用单头利用滑轮套筒206和桩柱201固定的方法来实施，则在海浪或海流经常有些变化的海域实施为最佳。

此外，发电装置或整套系统不光适用于浮在水面，装置和系统也可以悬浮于水面以下来实施；而且，也不光局限于利用海浪或海浪能，任何有水流或波浪的水域，例如河流、湖泊，以及有海流或洋流的海域或水域等都可以适用。

另外需要说明的是，在实际应用以上各海浪发电装置的技术方案中，也可以不包含扩口的应用，这样也可以发电，但发电效果显然不如带有扩口的应用形式的发电效果。此外，扩口的朝向在实际应用中也可以是朝向任意方向，不仅局限于说明书中的迎接海浪的方向和顺海浪离去的方向这两种主要的应用形式。而且管道也可以采取不止一条的方案，可以应用多条管道，分别对应多个叶轮或者多条管道只针对一个叶轮的办法，都是可以实施的。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (30)

1.一种海浪发电装置，其特征在于，包含第一浮体、第一扩口、第二扩口、发电部件，所述第一扩口、第二扩口分别位于所述发电部件的两侧，并与所述发电部件共同固定在所述第一浮体上，海浪中的海水经由其中一个扩口到达所述发电部件，并经由所述发电部件流向另一个扩口。

2.根据权利要求1所述的海浪发电装置，其特征在于，所述第一浮体位于所述第一扩口与所述第二扩口之间；

所述第一扩口、所述第二扩口、所述发电部件位于所述第一浮体的下方，所述海浪发电装置的重心位于所述第一浮体的下方，使所述海浪发电装置浮于海中。

3.根据权利要求1所述的海浪发电装置，其特征在于，所述第一浮体位于所述第一扩口与所述第二扩口之间，沿所述第一扩口和所述第二扩口圆周环绕分布，使所述海浪发电装置浮于海中。

4.根据权利要求1所述的海浪发电装置，其特征在于，还包含第二浮体，所述第二浮体与所述第一浮体相对设置，所述第一扩口、所述第二扩口和所述发电部件位于所述第一浮体和所述第二浮体之间，使所述海浪发电装置浮于海中。

5.根据权利要求1至4任一项所述的海浪发电装置，其特征在于，所述发电部件包括管道、叶轮、叶轮固定装置、传动装置、发电机，

所述管道的一端对接所述第一扩口的内端口，所述管道的另一端对接所述第二扩口的内端口，第一扩口的内端口和第二扩口的内端口通过所述管道相互贯穿连通；所述叶轮通过所述固定装置位于所述管道内，海水在所述管道内流动推动所述叶轮旋转，所述叶轮通过所述传动装置带动所述发电机运转发电。

6.根据权利要求5所述的海浪发电装置，其特征在于，所述管道带至少一个容腔，所述发电机位于所述至少一个容腔内。

7.根据权利要求5所述的海浪发电装置，其特征在于，

所述传动装置与所述叶轮的旋转轴相连，并将所述叶轮的旋转运动传动至所述发电机运转做功；或者，

所述传动装置与所述叶轮的周向轮盘相连，并将所述叶轮和轮盘的旋转运动传动至所述发电机运转做功。

8.根据权利要求5所述的海浪发电装置，其特征在于，所述发电机包括至少一组电枢组件、至少一组磁极组件，

所述电枢组件和所述磁极组件绕共有轴线做相对运动，一组电枢组件和一组磁极组件构成一个磁电系单元，

所述磁电系单元绕所述海水通道的周向呈环状结构分布，且以所述海水通道的轴线为共有轴线。

9.根据权利要求6所述的海浪发电装置，其特征在于，所述发电机包括至少一组电枢组件、至少一组磁极组件，

所述电枢组件和所述磁极组件绕共有轴线做相对运动，一组电枢组件和一组磁极组件构成一个磁电系单元，

所述磁电系单元绕所述管道的周向呈环状结构分布，且以所述管道的轴线为共有轴线。

10.根据权利要求8或9所述的海浪发电装置，其特征在于，

所述电枢组件外设有抗腐蚀绝缘层和/或密封保护层；和/或，

所述磁极组件外设有抗腐蚀绝缘层和/或密封保护层。

11.根据权利要求1至4任一项所述的海浪发电装置，其特征在于，

所述第一扩口的内端口的形状为圆形；和/或，所述第二扩口的内端口的形状为圆形。

12.根据权利要求1至4任一项所述的海浪发电装置，其特征在于，

所述第一扩口的内端口与所述第二扩口的内端口之间的距离小于所述内端口的口径。

13.根据权利要求1至4任一项所述的海浪发电装置，其特征在于，

所述第一扩口的外端口的端面为曲面或者平面；和/或，所述第二扩口的外端口的端面为曲面或者平面。

14.根据权利要求1至4任一项所述的海浪发电装置，其特征在于，

所述第一扩口的口径自外端口向内端口有规则地逐渐减小，或者非规则地逐渐减小；和/或，

所述第二扩口的口径自外端口向内端口有规则地逐渐减小，或者非规则地逐渐减小。

15.根据权利要求2所述的海浪发电装置，其特征在于，

所述第一扩口外端口上边缘的水平高度低于所述第一扩口内端口上边缘的水平高度；和/或，所述第二扩口外端口上边缘的水平高度低于所述第二扩口内端口上边缘的水平高度；

或者，

所述第一扩口外端口上边缘的水平高度高于所述第一扩口内端口上边缘的水平高度；和/或，所述第二扩口外端口上边缘的水平高度高于所述第二扩口内端口上边缘的水平高度；

或者，

所述第一扩口外端口下边缘的水平高度低于所述第一扩口内端口下边缘的水平高度；和/或，所述第二扩口外端口下边缘的水平高度低于所述第二扩口内端口下边缘的水平高度；

或者，

所述第一扩口外端口下边缘的水平高度高于所述第一扩口内端口下边缘的水平高度；和/或，所述第二扩口外端口下边缘的水平高度高于所述第二扩口内端口下边缘的水平高度。

16.根据权利要求2所述的海浪发电装置，其特征在于，

所述第一扩口外端口的上边缘到所述第一扩口内端口的上边缘的竖向纵剖面呈任意曲线形状或直线形状；和/或，所述第二扩口外端口的上边缘到所述第二扩口内端口的上边缘的竖向纵剖面呈任意曲线形状或直线形状；

或者，

所述第一扩口外端口的下边缘到所述第一扩口内端口的下边缘的竖向纵剖面呈任意曲线形状或直线形状；和/或，所述第二扩口外端口的下边缘到所述第二扩口内端口的下边缘的竖向纵剖面呈任意曲线形状或直线形状；

或者，

所述第一扩口外端口的侧边缘到所述第一扩口内端口的侧边缘的平剖面呈任意曲线形状或直线形状；和/或，所述第二扩口外端口的侧边缘到所述第二扩口内端口的侧边缘的平剖面呈任意曲线形状或直线形状。

17.根据权利要求2所述的海浪发电装置，其特征在于，

所述第一扩口外端口的下边缘到所述第一扩口内端口的下边缘的距离小于所述第一扩口外端口的上边缘到所述第一扩口内端口的上边缘的距离；和/或，所述第一扩口外端口的下边缘到所述第一扩口内端口的下边缘的距离小于所述第一扩口外端口的侧边缘到所述第一扩口内端口的侧边缘的距离；和/或，所述第一扩口外端口的上边缘到所述第一扩口内端口的上边缘的距离小于所述第一扩口外端口的侧边缘到所述第一扩口内端口的侧边缘的距离；

和/或，

所述第二扩口外端口的下边缘到所述第二扩口内端口的下边缘的距离小于所述第二扩口外端口的上边缘到所述第二扩口内端口的上边缘的距离；和/或，所述第二扩口外端口的下边缘到所述第二扩口内端口的下边缘的距离小于所述第二扩口外端口的侧边缘到所述第二扩口内端口的侧边缘的距离；和/或，所述第二扩口外端口的上边缘到所述第二扩口内端口的上边缘的距离小于所述第二扩口外端口的侧边缘到所述第二扩口内端口的侧边缘的距离。

18.根据权利要求2所述的海浪发电装置，其特征在于，

所述第一浮体在所述第一扩口的内端口和所述第二扩口的内端口的轴线处，且垂直于海平面的截面的宽度，小于所述第一浮体在与所述第一扩口和第二扩口的两个内端口轴线中点位置上且与扩口内端口轴线相垂直的截面的宽度。

19.根据权利要求2所述的海浪发电装置，其特征在于，

所述第一浮体在所述第一扩口的内端口和第二扩口的内端口的轴线处，且垂直于海平面的截面的宽度，小于所述第一浮体在靠近所述第一扩口的外端口侧边缘处的顺海浪行进方向上的且是垂直于海平面的截面的宽度；

和/或，

所述第一浮体在所述第一扩口的内端口和第二扩口的内端口的轴线处，且垂直于海平面的截面的宽度，小于所述第一浮体在靠近第二扩口的外端口侧边缘处的顺海浪行进方向上的且是垂直于海平面的截面的宽度。

20.根据权利要求2所述的海浪发电装置，其特征在于，

所述第一浮体沿所述第一扩口的扩口壁外侧延展出第一浮体扩口壁凸起，所述第一浮体扩口壁凸起部分突出于所述第一扩口的外端口；

和/或，

所述第一浮体沿所述第二扩口的扩口壁外侧延展出第一浮体扩口壁凸起，所述第一浮体扩口壁凸起部分突出于所述第二扩口的外端口。

21.根据权利要求3所述的海浪发电装置，其特征在于，

所述第一浮体在所述第一扩口的内端口和所述第二扩口的内端口的轴线处，顺海浪行进方向上的且是垂直于海平面的截面的宽度，小于所述第一浮体在所述第一扩口的内端口和第二扩口的内端口的轴线处且垂直于顺海浪行进方向的截面的宽度。

22.根据权利要求4所述的海浪发电装置，其特征在于，

所述第一浮体在所述第一扩口的内端口和第二扩口的内端口的轴线处，顺海浪行进方向上的且是垂直于海平面的截面的宽度，小于所述第一浮体在所述第一扩口的内端口和第二扩口的内端口的轴线处，且垂直于顺海浪行进方向的截面的宽度；

和/或，

所述第二浮体在所述第一扩口的内端口和第二扩口的内端口的轴线处，顺海浪行进方向上的且是垂直于海平面的截面的宽度，小于所述第二浮体在所述第一扩口的内端口和第二扩口的内端口的轴线处，且垂直于顺海浪行进方向的截面的宽度。

23.根据权利要求3或4所述的海浪发电装置，其特征在于，

所述第一扩口的扩口壁在位于迎接海浪方向上的扩口壁长度小于在顺海浪离去方向上的扩口壁长度；和/或，所述第二扩口的扩口壁在位于迎接海浪方向上的扩口壁长度小于在顺海浪离去方向上的扩口壁长度；

和/或，所述第一扩口的扩口壁在位于迎接海浪方向上的扩口壁长度小于在与海浪行进方向相垂直的边上的扩口壁长度；和/或，所述第二扩口的扩口壁在位于迎接海浪方向上的扩口壁长度小于在与海浪行进方向相垂直的边上的扩口壁长度；

和/或，所述第一扩口的扩口壁在位于顺海浪离去方向上的扩口壁长度小于在与海浪行进方向相垂直的边上的扩口壁长度；和/或，所述第二扩口的扩口壁在位于顺海浪离去方向上的扩口壁长度小于在与海浪行进方向相垂直的边上的扩口壁长度。

24.根据权利要求1、2或3所述的海浪发电装置，其特征在于，

所述海浪发电装置上还设置有至少一个水翼，所述水翼位于所述第一扩口的扩口壁外侧；和/或所述第二扩口的扩口壁外侧；和/或所述发电部件的外侧；和/或所述第一浮体的外侧，且所述水翼与海水相接触。

25.根据权利要求4所述的海浪发电装置，其特征在于，

所述海浪发电装置上还设置有至少一个水翼，所述水翼位于所述第一扩口的扩口壁外侧；和/或所述第二扩口的扩口壁外侧；和/或所述发电部件的外侧；和/或所述第一浮体的外侧；和/或所述第二浮体的外侧，且所述水翼与海水相接触。

26.一种海浪发电系统，其特征在于，包括至少一个如权利要求1至25任一项所述的海浪发电装置、至少一个固定装置，

所述海浪发电装置为顺海浪行进方向前后一排或至少前后两排相连，每排包括至少一个所述海浪发电装置，所述一排或至少两排海浪发电装置连接于一个所述固定装置上或者至少两个所述固定装置之间。

27.根据权利要求26所述的海浪发电系统，其特征在于，所述固定装置包括锚和缆索，

所述多排或多个海浪发电装置之间经由锁链、缆索或刚性杆依次相连，并通过所述锚和所述缆索固定，使得所述多排或多个海浪发电装置浮于海面上或者悬浮于海水中；

所述多排或多个海浪发电装置之间还连接有电缆。

28.根据权利要求26所述的海浪发电系统，其特征在于，所述固定装置包括至少一根固定于海中的桩柱和套于所述桩柱上的滑轮套筒，

至少一排或一个海浪发电装置经由锁链、缆索或刚性杆与所述滑轮套筒相连，固定在一根桩柱上，使所述至少一排或一个海浪发电装置浮于海面上或者悬浮于海水中；

或者，所述至少一排或一个海浪发电装置经由锁链、缆索或刚性杆相连于至少两个所述滑轮套筒之间，每个所述滑轮套筒对应套于一个所述桩柱上，使所述至少一排或一个海浪发电装置浮于海面上或者悬浮于海水中；

所述每排或每个海浪发电装置之间还连接有电缆。

29.根据权利要求28所述的海浪发电系统，其特征在于，所述海浪发电系统包含至少两排或两个海浪发电装置，

所述至少两排或两个海浪发电装置之间经由锁链、缆索或刚性杆依次相连，且所述至少两排或两个海浪发电装置之间还连接有电缆；

所述至少两排或两个海浪发电装置经由锁链、缆索或刚性杆与所述滑轮套筒相连，固定在一根桩柱上，使所述至少两排或两个海浪发电装置浮于海面上或者悬浮于海水中；

或者，所述至少两排或两个海浪发电装置经由锁链、缆索或刚性杆相连于至少两个所述滑轮套筒之间，每个所述滑轮套筒对应套于一个所述桩柱上，使所述至少两排或两个海浪发电装置浮于海面上或者悬浮于海水中。

30.根据权利要求28或29所述的海浪发电系统，其特征在于，所述滑轮套筒包括套筒、第三浮体、至少一排滚轮、固定滚轮装置，

所述套筒套于所述桩柱上，所述至少一排滚轮位于所述套筒与所述桩柱之间，并通过所述固定滚轮装置固定于套筒内；所述第三浮体连接于套筒上，所述至少一排滚轮与所述第三浮体相配合，使所述滑轮套筒浮于海面上或者悬浮于海水中。

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