CN207609504U - 用于振荡水柱式波浪能发电装置的单向流动气流通道系统 - Google Patents

用于振荡水柱式波浪能发电装置的单向流动气流通道系统 Download PDF

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闫泽辉
李传鹏
张绮钰
强恣懿
赵雨洁
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孙子桓
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Abstract

本实用新型公开了一种用于振荡水柱式波浪能发电装置的单向流动气流通道系统，其特征是，包括4个液封室、单向通气管道、管网；每个所述液封室均设置有两个通气管道，分别记为上管道和下管道；所述上管道为液封室液面上气体舱室的出口管道，下管道是指一端管口插入液封室液面下的管道。本实用新型所达到的有益效果：本装置可以采用多级冲击式/反力式高效涡轮进行能量的提取与转换进行发电，通过单向通气管道系统将气流整流为单向，避免了使用威尔斯涡轮和对称布局的带有双向导流叶片冲击式涡轮所带来的对气体动能提取效率低的问题，提高了发电能效。

Description

用于振荡水柱式波浪能发电装置的单向流动气流通道系统
技术领域
本实用新型涉及一种用于振荡水柱式波浪能发电装置的单向流动气流通道系统，属于新能源技术领域。
背景技术
海洋覆盖了地球百分之七十的表面，蕴含着无穷的能量，其中可利用的能量可以满足地球上目前所有的能源需求。而且海洋能是清洁的可再生能源，对环境几乎没有污染。据世界能源委员会调查显示，全球可利用的波浪能达到20亿千瓦，相当于全世界发电量的2倍。我国拥有广阔的海洋资源，波浪能的理论存储量约为7000万千瓦，其中沿海波浪能的能量密度大约为2～7kW/m。并且和其它可再生能源相比，波浪能的能量密度约为风能的5倍、太阳能的15倍。此外，波浪储能总量远大于风能，在传播过程中只有很小的能量损失，而且一年内90％(风能和太阳能为20％～30％)的时间都可以进行波浪发电。此外，37％的世界人口居住在离海岸90km的区域。由此可见，如果可以有效地利用这些能量，将会极大地造福人类。
振荡水柱式波浪能发电装置因其具有结构简单、性能可靠等优点而成为目前世界上最为成功的波浪能转换装置。振荡水柱式波浪能发电装置是目前各国最为重视、公认的最有前途、投入研究力量最大、建成使用最多的一种装置。振荡水柱型装置主要有一个气室，气室淹没于水面以下部分有一个开口，气室上部有气流通道。波浪波动时引起气室内液面上升或下降，使得气室的压力变化，气体经气流通道流出、流进气室，从而推动气流通道内安装的涡轮旋转，把波量能转化成机械能进行发电。振荡水柱式波浪能发电装置的关键部件是涡轮，由于气流是往复的，需采用一种在双向气流作用下均能同向旋转的涡轮机，目前实际应用的可实现双向发电的涡轮主要有威尔斯涡轮和带有双向导流叶片的冲击式涡轮。由于气流双向流动，这些涡轮机的结构对称，很难实现多级涡轮形式，能量转换效率低。
实用新型内容
为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种用于振荡水柱式波浪能发电装置的单向流动气流通道系统，使得气室液面升降时，流经安装在气流通道中的涡轮的气流方向是唯一的，提升涡轮发电机组的工作效率。
为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：
一种用于振荡水柱式波浪能发电装置的单向流动气流通道系统，其特征是，包括气室、涡轮发电装置、液封室、单向通气管道和管网；所述液封室设置有四个，分别依次记为第一液封室、第二液封室、第三液封室和第四液封室；所述气室顶部设置有管道；
每个所述液封室均设置有两个通气管道，分别记为上管道和下管道；所述上管道为一端位于液封室液面上气体舱室的出口管道，下管道为一端管口插入液封室液面下的管道；
所述第一液封室的上管道、第二液封室的上管道相连通，称之为上管道对，第三液封室的下管道和第四液封室的下管道相连通，称之为下管道对；
所述上管道对与下管道对通过单向通气管道连接，涡轮发电装置设置在所述上管道对与所述下管道对相连的单向通气管道中；
所述第二液封室的下管道、第三液封室的上管道和振荡水柱型装置的气室顶部管道相连通。
前述的一种用于振荡水柱式波浪能发电装置的单向流动气流通道系统，其特征是，所述涡轮发电装置受到的驱动气流为单向的。
前述的一种用于振荡水柱式波浪能发电装置的单向流动气流通道系统，其特征是，所述气室的底部设置有进口，用于波浪的进出。
前述的一种用于振荡水柱式波浪能发电装置的单向流动气流通道系统，其特征是，所有液封室的几何尺寸相同；所述液封室内的液体均相同，采用无毒无污染不易挥发的液体。
前述的一种用于振荡水柱式波浪能发电装置的单向流动气流通道系统，其特征是，所有所述液封室内的液体高度相同。
前述的一种用于振荡水柱式波浪能发电装置的单向流动气流通道系统，其特征是，所有所述液封室内的下管道的管径均相同。
前述的一种用于振荡水柱式波浪能发电装置的单向流动气流通道系统，其特征是，所述下管道采用一个管道或者至少两根集合的管道束；所述管道或管道束的总通流截面积与单向通气管道的截面积相同。
前述的一种用于振荡水柱式波浪能发电装置的单向流动气流通道系统，其特征是，所有所述液封室内的下管道的管口插入液面深度相同。
前述的一种用于振荡水柱式波浪能发电装置的单向流动气流通道系统，其特征是，所述液封室内的下管道的管口插入液面深度为3～5厘米。
本实用新型所达到的有益效果：本装置可以采用使多级冲击式/反力式高效涡轮进行能量的提取与转换进行发电，通过单向通气管道将气流整流为单向，避免了使用上述两种特殊涡轮所带来的对气体动能提取效率低的问题，提高了发电能效；单向气流通道系统结构简单，由于管道部分不会直接受到波浪的冲击，该装置的可靠性强。
附图说明
图1是波面上升时本装置的原理图；
图2是波面下降时本装置的原理图。
图中附图标记的含义：
1～8-单向通气管道，9-涡轮发电装置，10-气室。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
在现有技术中，波浪的往复运动造成驱动涡轮旋转的气体也是双向流动的，这就使得涡轮部件只能是单级对称形状的，如威尔斯涡轮和对称布局的带有双向导流叶片冲击式涡轮，带来的问题就是单级左右对称式涡轮对气体动能的提取效率较低，使得发电机组的工作效率低下。
为了改善这种情况，本实用新型设计了一种单向气流通道系统，使得气室液面升降时，流经安装在气流通道中的涡轮的气流方向是唯一的，这就使得涡轮发电装置部件可以采用多级冲击式/反力式的高效涡轮，提高对来流气体能量的提取率和转换率，从而提升涡轮发电机组的工作效率，提高振荡水柱式波浪能发电技术的能效。
结构上包括气室、液封室、单向通气管道、涡轮发电装置。
液封室设置有四个，为了方便说明，附图中从左往右分别依次记为第一液封室、第二液封室、第三液封室和第四液封室。
第一液封室的上管道2、第二液封室的上管道3、第三液封室的下管道6和第四液封室的下管道7相连通，形成四通管。涡轮发电装置9设置在四通管中，位于第二液封室的上管道3与第三液封室的下管道6的连接通道之间。
当下管道气体压力大于液封室液面上气体舱室压力时，空气从下管道流进液封室液体并析出至气体舱室，再从所述上管道流出；当下管道气体压力小于封室液面上气体舱室压力时，液封室液体从下管道管口推送至下管道里面，下管道内液面升高至压强平衡处，阻止了气流从气体舱室流至下管道，形成了所谓的单向流动液封元件；
第二液封室的下管道4、第三液封室的上管道5和气室顶部相连通，形成三通管。
波浪可以通过气室10的开口处进出气室。
海洋液面上升时气室内的气体经第二液封室的下管道流出，经所述上管道对中的第二液封室的上管道、单向通气管道、所述下管道对的第四液封室的下管道排出；海洋液面下降时大气中的气体经第一液封室的下管道进入，经所述上管道对中的第一液封室的上管道、单向通气管道、所述下管道对的第三液封室的下管道、第三液封室的上管道、振荡水柱型装置的气室顶部管道流进气室；
无论海洋液面升降，气流都是从上管道对流向下管道对，连接上管道对和下管道对的气流管道为单向气流管道，安装在单向通气管道中涡轮发电装置所受到的驱动气流为单向的；
使用时：
当波面上升时，气室10中空气压力上升，由于单向通气管道6口的液封作用，气体只能通过单向通气管道4、3流出，之后由于单向通气管道1口也处于液封状态，所以气体只能从左向右流过涡轮发电机组9。
当波面下降时，气室10中空气压力下降，由于单向通气管道4的液封作用，气体只能通过单向通气管道6、5流出进入气室，造成单向通气管道6中气压降低。由于单向通气管道7口也处于液封状态，所以气体只能通过单向通气管道1、2口从左向右流过涡轮发电机组9。
相比于采用威尔斯涡轮和带有双向导流叶片的冲击式涡轮的发电装置，本装置可以采用多级冲击式/反力式的高效涡轮进行能量提取和转换。通过单向通气管道将气流整流为单向，避免了使用上述两种特殊涡轮所带来的对气体动能提取效率低的问题，提高了发电能效。同时本装置所形成的单向气流通道系统结构简单，由于管道部分不会直接受到波浪的冲击，该装置的可靠性强。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于振荡水柱式波浪能发电装置的单向流动气流通道系统，其特征是，包括气室、涡轮发电装置、液封室、单向通气管道和管网；所述液封室设置有四个，分别依次记为第一液封室、第二液封室、第三液封室和第四液封室；所述气室顶部设置有管道；
每个所述液封室均设置有两个通气管道，分别记为上管道和下管道；所述上管道为一端位于液封室液面上气体舱室的出口管道，下管道为一端管口插入液封室液面下的管道；
所述第一液封室的上管道、第二液封室的上管道相连通，称之为上管道对，第三液封室的下管道和第四液封室的下管道相连通，称之为下管道对；
所述上管道对与下管道对通过单向通气管道连接，涡轮发电装置设置在所述上管道对与所述下管道对相连的单向通气管道中；
所述第二液封室的下管道、第三液封室的上管道和振荡水柱型装置的气室顶部管道相连通。
2.根据权利要求1所述的一种用于振荡水柱式波浪能发电装置的单向流动气流通道系统，其特征是，所述涡轮发电装置受到的驱动气流为单向的。
3.根据权利要求1所述的一种用于振荡水柱式波浪能发电装置的单向流动气流通道系统，其特征是，所述气室的底部设置有进口，用于波浪的进出。
4.根据权利要求1所述的一种用于振荡水柱式波浪能发电装置的单向流动气流通道系统，其特征是，所有液封室的几何尺寸相同；所述液封室内的液体均相同，采用无毒无污染不易挥发的液体。
5.根据权利要求1所述的一种用于振荡水柱式波浪能发电装置的单向流动气流通道系统，其特征是，所有所述液封室内的液体高度相同。
6.根据权利要求1所述的一种用于振荡水柱式波浪能发电装置的单向流动气流通道系统，其特征是，所有所述液封室内的下管道的管径均相同。
7.根据权利要求6所述的一种用于振荡水柱式波浪能发电装置的单向流动气流通道系统，其特征是，所述下管道采用一个管道或者至少两根集合的管道束；所述管道或管道束的总通流截面积与单向通气管道的截面积相同。
8.根据权利要求1所述的一种用于振荡水柱式波浪能发电装置的单向流动气流通道系统，其特征是，所有所述液封室内的下管道的管口插入液面深度相同。
9.根据权利要求8所述的一种用于振荡水柱式波浪能发电装置的单向流动气流通道系统，其特征是，所述液封室内的下管道的管口插入液面深度为3～5厘米。
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CN111927694A (zh) * 2020-07-16 2020-11-13 山东科技大学 涡激压电与四杆拉伸介电弹性体形变发电波浪能采集装置

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