CN203081644U - 水循环蓄能发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种水循环蓄能发电系统，包括动力传动机构、水能蓄能机构以及水能发电机构，其中动力传动机构将外界动力传递给水能蓄能机构，水能发电机构包括水轮和发电机，水能蓄能机构包括活塞泵、储水池、蓄能池、自动冲水机构、蓄水管和出水管，活塞泵上设有通水口，在通水口与蓄水管的进/出水口之间设有单向阀，自动冲水机构包括自动冲水斗和转动支轴。通过采用上述结构，能高效地收集不稳定的动力并将其转化为相对稳定的水势能，并驱动发电机产生较稳定和较大量的电能，从而有效实现了能源的转换及利用，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

水循环蓄能发电系统

技术领域

本实用新型涉及一种发电系统，特别是涉及一种水循环蓄能发电系统。

背景技术

在全球经济高速发展的今天，能源作为整个世界发展和经济增长的最基本的驱动力，愈来愈成为了人们赖以生存的基础和全人类共同关心的话题。随着能源危机的日益临近，对各种新能源的开发和利用成为了当前具有重大意义并且迫切需要解决的问题。但对于如风能、太阳能、地热能、潮汐能等新能源来说，它们主要存在着动力来源微弱、动力大小不稳定且断断续续、能量收集较困难等问题，而目前现有的各种收集动力源并进行发电的系统或装置也面临着不能高效地将不稳定的动力转化为稳定的电能的技术难题，因此大多停留在理论和试验阶段，无法大规模投入市场进行实际运作，从而严重影响了这些新能源在各个领域的大规模广泛应用。

实用新型内容

为克服以上现有技术的不足，本实用新型要解决的技术问题是提供一种水循环蓄能发电系统，能高效地收集不稳定的动力并将其转化为相对稳定的水势能，以驱动发电机产生较稳定和较大量的电能，从而有效实现了能源的转换及利用，具有显著的经济效益和社会效益。

本实用新型的技术方案是：

一种水循环蓄能发电系统，包括动力传动机构、与动力传动机构连接的水能蓄能机构以及与水能蓄能机构配合的水能发电机构，其中动力传动机构将外界动力传递给水能蓄能机构，水能发电机构包括水轮和与水轮连接的发电机，水能蓄能机构包括活塞泵、储水池、在高度方向上高于储水池的蓄能池、自动冲水机构、蓄水管和出水管，蓄水管的进水口位于储水池内，蓄水管的出水口位于蓄能池上方且正对蓄能池，出水管连通蓄能池和储水池。活塞泵的活塞与动力传动机构的输出端连接，活塞泵上还设有与活塞泵腔室连通的通水口，且通水口与蓄水管连通，并且在通水口与蓄水管进水口之间、以及通水口与蓄水管出水口之间的蓄水管上还分别设有单向阀。自动冲水机构包括自动冲水斗和用于支撑自动冲水斗的转动支轴，且自动冲水斗设于蓄水管出水口与蓄能池之间、且正对着蓄水管出水口，水轮设于出水管的内部或者下方，且水轮的轮叶正对着出水管。

上述水循环蓄能发电系统，其中水能蓄能机构的出水管为连通蓄能池和储水池的虹吸管，且虹吸管的倒U形端位于蓄能池内，虹吸管较长的另一端伸向储水池内，水轮设于虹吸管的内部或者下方，且水轮的轮叶正对着虹吸管。

上述水循环蓄能发电系统，其中蓄能池为密闭腔体，在该密闭腔体上设有单向气阀。

上述水循环蓄能发电系统，其中位于通水口与蓄水管进水口之间的单向阀设在靠近蓄水管进水口的位置，位于通水口与蓄水管出水口之间的单向阀设在靠近通水口的位置。

上述水循环蓄能发电系统，其中的动力传动机构为风力传动机构或健身器材传动机构。

上述水循环蓄能发电系统，其中动力传动机构和水能发电机构还均包括变速机构和飞轮。

上述水循环蓄能发电系统，其中发电机的输出端还连接有电力电子控制电路。

上述水循环蓄能发电系统，其中电力电子控制电路的输出端还连接有储电设备。

上述水循环蓄能发电系统，其中的发电机为永磁发电机。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过采用上述结构的动力传动机构、水能蓄能机构和水能发电机构，能高效地收集不稳定的动力并将其转化为相对稳定的水势能，以驱动发电机产生较稳定和较大量的电能，从而有效实现了能源的转换及利用，具有显著的经济效益和社会效益；

2、本实用新型通过进一步将水能蓄能机构的出水管选为虹吸管，通过自动冲水斗和虹吸管的配合使用，使自动冲水斗的尺寸和占用空间大大缩小，而自动冲水斗在翻转过程中的磨损、噪音和故障率也会大大降低，从而保证了更好的水能蓄能效果，更有利于在各个场合的推广应用；

3、本实用新型通过进一步分别合理设置位于通水口与蓄水管进水口之间、以及通水口与蓄水管出水口之间的单向阀的位置，更好地保证了活塞泵的抽水效果，并且提高了活塞泵的抽水效率，从而更高效地利用外界动力；

4、本实用新型通过设计多种结构的动力传动机构，实现了将不同类型的动力源进行转化利用，大大满足了不同情况下的实际需要，更有利于其在各个场合的推广应用；并且根据实际需要，通过进一步在动力传动机构中设有变速机构和飞轮，从而保证了更加稳定、持续的能源转化和能源供应；

5、本实用新型通过采用电力电子控制电路，进一步改善了发电机所产生的电能的质量，保证了用电设备的正常和稳定使用，并且通过采用储电设备，使得当发电量大于用电设备需求时，多余的电能给储电设备充电，而当发电量不能满足用电设备需求时，不足的电能则可由储电设备提供，从而保证了更加稳定的电力供应；

6、本实用新型相比其他现有蓄能发电技术来说，对使用环境、密封性、成本、生产工艺等均要求不高，而且，其既可以应对外界能量来源的变化，又可以应对负载的用电负荷变化，因此在新能源开发利用方面具有较高的经济价值和社会意义，适于大规模推广。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1是水循环蓄能发电系统的总体结构示意图；

图2是水循环蓄能发电系统的水平式风力传动机构的结构示意图；

图3是水循环蓄能发电系统的垂直式风力传动机构的结构示意图；

图4是水循环蓄能发电系统的虹吸管上、下限位的位置示意图。

图中：活塞1，活塞泵腔室2，活塞泵3，通水口4，蓄水管5，蓄水管进水口6，蓄水管出水口7，自动冲水斗8，转动支轴9，单向阀10，单向阀11，蓄能池12，单向气阀13，虹吸管14，储水池15，水轮16，发电机17，自动冲水机构18，电力电子控制电路19，储电设备20，用电设备21，动力传动机构22，变速机构23，飞轮24，虹吸管下限位25，虹吸管上限位26。

具体实施方式

实施例一：如图1所示，水循环蓄能发电系统包括动力传动机构22、与动力传动机构22连接的水能蓄能机构以及与水能蓄能机构配合的水能发电机构，其中动力传动机构22将外界动力传递给水能蓄能机构，水能发电机构包括水轮16和与水轮16连接的发电机17，水能蓄能机构包括活塞泵3、储水池15、在高度方向上高于储水池15的蓄能池12、自动冲水机构18、蓄水管5和出水管，蓄水管5的进水口位于储水池15内，蓄水管5的出水口位于蓄能池12上方且正对蓄能池12，出水管连通蓄能池12和储水池15。活塞泵3的活塞1与动力传动机构22的输出端连接，活塞泵3上还设有与活塞泵腔室2连通的通水口4，且通水口4与蓄水管5连通，并且在通水口4与蓄水管进水口6之间、以及通水口4与蓄水管出水口7之间的蓄水管5上还分别设有单向阀11和单向阀10，其中单向阀11控制水流只能流向活塞泵3而不能倒流，单向阀10控制水流只能流向蓄能池12而不能倒流。自动冲水机构18包括自动冲水斗8和用于支撑自动冲水斗8的转动支轴9，且自动冲水斗8设于蓄水管出水口7与蓄能池12之间、且正对着蓄水管出水口7，水轮16设于出水管的内部或者下方，且水轮16的轮叶正对着出水管。

在实际工作过程中，动力传动机构22由外界动力源带动运动，从而使活塞泵3中的活塞1往复运动，当活塞1向左运动时，活塞泵腔室2的工作容积逐渐变大，产生部分真空，大气压力迫使储水池15中的水经蓄水管进水口6和单向阀11流入活塞泵腔室2，从而完成活塞泵3的吸水过程；当活塞1向右运动时，活塞泵腔室2的工作容积逐渐变小，使其中的水受挤压而产生相应的压力，从而迫使水经单向阀10和蓄水管出水口7流入设于蓄水管出水口7下的自动冲水机构18，从而完成活塞泵3的压水过程。这样，外界动力通过动力传动机构22的不断动作促使活塞1不断地作往复运动，活塞泵3就会不断地吸水或压水，这样就将外界的动力转化为水的势能。

经过活塞泵3的压水过程，水不断地流入自动冲水机构18中的自动冲水斗8，当水加满到一定程度时，自动冲水斗8位于转动支轴9右边的重量将大于自动冲水斗8位于转动支轴9左边的重量，这样自动冲水斗8就会向右边倾斜，同时产生一个正反馈现象：自动冲水斗8越向右边倾斜，右边重量就越大于左边重量。结果自动冲水斗8将其中盛的水全部一下子倒入蓄能池12中，再由出水管流下来带动水轮16转动，驱动发电机17发电；自动冲水斗8的水流尽后，位于转动支轴9左边的重量大于右边，自动冲水斗8将复位，从而进行下一个循环的冲水作业。通过采用上述结构，能够高效地收集不稳定的动力并将其转化为相对稳定的水势能，以驱动发电机17产生较稳定和较大量的电能，从而有效实现了能源的转换及利用，具有显著的经济效益和社会效益。

作为一种优选，对于上述水循环蓄能发电系统，其中位于通水口4与蓄水管进水口6之间的单向阀11设在靠近蓄水管进水口6的位置，因为如果单向阀11设在较高位置，那么经蓄水管5抽上来的水在单向阀11以上被储存起来，而在单向阀11以下的水又回落到储水池15里，相当于做了无用功，故单向阀11尽可能设在蓄水管5底部，这样便尽可能使单向阀11以下回落的水少，减少做无用功。而位于通水口4与蓄水管出水口7之间的单向阀10则设在靠近通水口4的位置，因为在实际应用中单向阀10对水的单向控制作用可能较好，但对空气却不一定，这会导致活塞泵3空抽从蓄水管5而来的空气，却抽不上来储水池15中的水，此时如果单向阀10设在较低位置，上面有水储存，就起到了隔绝空气的作用，这样活塞泵3的抽水效果会更好。

上述水循环蓄能发电系统，其中的动力传动机构22可根据实际需求，从现有技术中选择采用不同类型的机械结构，以满足将不同类型的外界动力源进行转化利用的要求，这样便大大有利于该蓄能发电系统在各个场合的广泛推广应用。作为优选例，上述动力传动机构22可为如图2和图3所示的风力传动机构，也可为与健身器材连接的健身器材传动机构，以便能利用健身器材的两种主要运动：圆周运动和圆弧摆动运动，并将这两种运动转化为活塞泵3中的活塞1的直线往复运动。特别地，由于海面广阔，风力资源丰厚，而且所需的水源充足，因此本蓄能发电系统在海上/海岸风力发电领域，将会有更加广阔的应用前景。

需要说明的是，在实际使用过程中如果单个动力源的能量极其有限，则可以将多个动力传动机构集中起来加以利用，从而使多个动力源共同作用于同一个蓄能池12，集中能量供应一个水轮16发电，这样既降低了成本，又提高了发电效率，适合在动力传动机构比较集中的地方进行推广使用。

作为一种优选，上述水循环蓄能发电系统的动力传动机构22和水能发电机构还均可包括现有技术中的变速机构和飞轮。对于动力传动机构22，根据不同的外界动力源，可选择合适的变速机构，以确保微弱的动力也能经变速机构来带动活塞泵3运动，而当外界动力过大时，还可以通过变速机构进行减速，以获得大小合适的外界动力，而在动力传动机构22中加设飞轮则可因其质量较大，惯性也相应较大，从而进一步带动活塞泵3进行更加持续的抽水及排水作业；对于水能发电机构来说，加设变速机构23和飞轮24也同样可实现带动发电机17进行更加稳定、持续的发电作业。当然，如果外界的动力足够、稳定，则可不需要变速机构或飞轮。

作为进一步的优选，上述水循环蓄能发电系统的发电机17选择为永磁发电机，这样便避免了采用电励磁发电机时因电量缺乏、无法为发电机提供初始励磁电流而造成发电机无法启动运行的问题。

实施例二：作为进一步的改进，在上述实施例一的结构基础上，对于水循环蓄能发电系统中的水能蓄能机构，如图1所示，其中的出水管采用连通蓄能池12和储水池15的虹吸管14，且虹吸管14的倒U形端位于蓄能池12内，虹吸管14较长的另一端伸向储水池15内，水轮16设于虹吸管14的内部或者下方，且水轮16的轮叶正对着虹吸管14。作为一种优选，蓄能池12设计为密闭腔体，并且在该密闭腔体上设有单向气阀13，该单向气阀13控制外界大气只能流向蓄能池12，而蓄能池12中的空气不能流向外界，从而确保蓄能池12里的气压大于等于外界大气压，以成功产生虹吸效应。

采用上述结构，实现了自动冲水机构18和虹吸管14的配合使用，在工作过程中，自动冲水斗8的水一次次地倒入蓄能池12内，使得蓄能池12中的水位不断上升，如图4所示，当水位升高到虹吸管14的下限位25后，此时如果再慢慢加水，水就会沿虹吸管14溢出，从而不可能形成虹吸现象；只有迅速向蓄能池12内补充足够的水量，使蓄能池12的水位即时上升到虹吸管14的上限位26处或上限位26以上，才能形成虹吸现象，使得蓄能池12中的水沿着虹吸管14不断流下来，进而持续冲击水轮16。因此可以看出，自动冲水斗8的容量大小受约束于蓄能池12的水平面截面积和虹吸管14的上、下限位之间的距离，即自动冲水斗8每次的排水量要大于或者至少等于蓄能池12的水平面截面积与虹吸管14上、下限位之间距离的乘积。通过采用上述结构，相比于单独采用自动冲水机构18，可使自动冲水斗8的尺寸和占用空间大大缩小，而自动冲水斗8在翻转过程中的磨损、噪音和故障率也会大大降低，从而保证了更好的水能蓄能效果，更有利于在各个场合的推广应用。

实施例三：作为更进一步的改进，在上述实施例一或实施例二的结构基础上，水循环蓄能发电系统中的发电机17的输出端还连接有电力电子控制电路19，以进一步改善发电机17所产生的电能的质量，保证用电设备21的正常和稳定使用。并且作为进一步的优选，该电力电子控制电路19的输出端还连接有储电设备20，使得当发电机17的发电量大于用电设备21需求时，多余的电能给储电设备20充电，而当发电机17的发电量不能满足用电设备21需求时，不足的电能则可由储电设备20提供，从而保证了更加稳定的电力供应。

上述电力电子控制电路19和储电设备20均可采用现有技术，如用于直流发电机时，可采用依次由直流斩波电路、滤波电路、逆变电路、变压器和交交变频电路等组成的电力电子控制电路19，或者当用于交流发电机时，可采用依次由整流滤波电路、直流斩波电路、滤波电路、逆变电路、变压器和交交变频电路等组成的电力电子控制电路19；而对于储电设备20，则可选择采用的储能技术有蓄电池储能、超导磁能、超级电容器储能和飞轮储能等，尤其是超级电容器与蓄电池在技术性能上具有较强的互补性，当负载脉动和输入波动较大时，超级电容器都能起到一定的滤波作用，蓄电池的充放电电流能够保持在较平滑的水平，减少了蓄电池的充放电次数，延长了蓄电池的使用寿命，同时也提高了整个系统的工作效率。

上面结合附图对本实用新型优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型构思的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种水循环蓄能发电系统，包括动力传动机构、与所述动力传动机构连接的水能蓄能机构以及与所述水能蓄能机构配合的水能发电机构，所述动力传动机构将外界动力传递给所述水能蓄能机构，所述水能发电机构包括水轮和与所述水轮连接的发电机，其特征在于：所述水能蓄能机构包括活塞泵、储水池、在高度方向上高于所述储水池的蓄能池、自动冲水机构、蓄水管和出水管，所述蓄水管的进水口位于储水池内，蓄水管的出水口位于蓄能池上方且正对蓄能池，所述出水管连通蓄能池和储水池；所述活塞泵的活塞与所述动力传动机构的输出端连接，所述活塞泵上还设有与活塞泵腔室连通的通水口，且所述通水口与所述蓄水管连通，在所述通水口与所述蓄水管进水口之间、以及所述通水口与所述蓄水管出水口之间的蓄水管上还分别设有单向阀；所述自动冲水机构包括自动冲水斗和用于支撑自动冲水斗的转动支轴，且所述自动冲水斗设于蓄水管出水口与蓄能池之间、且正对着蓄水管出水口；所述水轮设于所述出水管的内部或者下方，且水轮的轮叶正对着出水管。

2.如权利要求1所述的水循环蓄能发电系统，其特征在于：所述水能蓄能机构的出水管为连通所述蓄能池和所述储水池的虹吸管，且所述虹吸管的倒U形端位于所述蓄能池内，虹吸管较长的另一端伸向所述储水池内，所述水轮设于虹吸管的内部或者下方，且水轮的轮叶正对着虹吸管。

3.如权利要求2所述的水循环蓄能发电系统，其特征在于：所述蓄能池为密闭腔体，在所述密闭腔体上设有单向气阀。

4.如权利要求1至3中任一项所述的水循环蓄能发电系统，其特征在于：所述位于通水口与蓄水管进水口之间的单向阀设在靠近蓄水管进水口的位置，所述位于通水口与蓄水管出水口之间的单向阀设在靠近通水口的位置。

5.如权利要求1至3中任一项所述的水循环蓄能发电系统，其特征在于：所述动力传动机构为风力传动机构或健身器材传动机构。

6.如权利要求1至3中任一项所述的水循环蓄能发电系统，其特征在于：所述动力传动机构和水能发电机构还均包括变速机构和飞轮。

7.如权利要求1至3中任一项所述的水循环蓄能发电系统，其特征在于：所述发电机的输出端还连接有电力电子控制电路。

8.如权利要求7所述的水循环蓄能发电系统，其特征在于：所述电力电子控制电路的输出端还连接有储电设备。

9.如权利要求1所述的水循环蓄能发电系统，其特征在于：所述发电机为永磁发电机。

Images