CN215292744U - 一种波浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种波浪能发电装置，包括缸体、第一活塞、第二活塞、用于连通外部发电机的蓄能室、浮子和单向进气通道，通过浮子置于目标区域中接收波浪能移动并驱动第二活塞头移动，第二活塞带动第一活塞移动，使得第二活塞头压出气体到蓄能室或第一活塞头压出气体到蓄能室，产出用于发电的气体动能。本实用新型简化波浪能发电装置结构，采用纯机械的波浪能捕捉系统就能一体化活塞、气阀等主要部件，减少损坏的可能性；增加扭矩增大装置，提高不同活塞之间的交互运动速度。另外，新型浮子用于提高浮子的上下移动的能力，转化水平方向的能量为上下移动的能量，提高发电效率，适应性更强。

Description

一种波浪能发电装置

技术领域

本实用新型涉及波浪能发电技术领域，具体是一种波浪能发电装置。

背景技术

海洋占据地球表面积的71％，拥有着丰富的能源，是地球上最大的风能吸收器，波浪能是海洋吸收风能后的产物，随着科学家对海洋能源的不断开发，使得波浪能成为继风能之后可再生能源开发的又一大热点。

波浪能具有以下特点：(1)能量密度小，运动速度较慢；(2)不稳定；(3)工作环境恶劣。基于波浪能以上几个特点，所要求的波浪能转化装置要须满足要求：(1)波浪能发电装置能够充分吸收分散在海面上的大面积波浪能，并驱动发电机；(2)波浪能转化装置可组网运行，模块化安装；(3)波浪能发电装置内部，外部结构要能适应恶劣工况。

波浪能发电技术的核心是利用波浪能。波浪能发电技术的基本原理是利用物体在波浪作用下的升沉和摇摆运动，将波浪能转换为机械能，进而带动发电机发电。此过程中涉及将海水波动产生的动能与势能转变为可直接利用的稳定能。

目前波浪能发电装置主要有：“点头鸭”式、震荡水柱式、推摆式、聚波蓄能式、振荡浮子式、阀式等。各装置分别存在以下问题，“点头鸭”式的缺点是：结构复杂，过多的活动部件暴露在海水中，装置可靠性较差，易损坏，不适合在海况恶劣地区使用；震荡水柱式的缺点是：造价昂贵，转换效率较低(约10％-30％)；推摆式的缺点是：可靠性较差，极易损坏，维护较为困难，转换效率不稳定；聚波蓄能式缺点是：对地形和坡道场地有严格的要求，难以推广；振荡浮子式缺点是：浮子遭受频繁的冲击，容易损坏；阀式的缺点是系泊困难，波面阀制造费过高。

作为波浪能发电装置中核心部件—浮子，目前应用的浮子结构较为单一简单，无论是箱体还是筒体型式内部简单，内部为了维持浮子总体密度会加入液体，此类浮子的缺点是：浮子在受到海浪冲击时刻，必须要依靠外部装置才能保证浮子是竖直方向上的运动，若无外部“扶正”装置或部件，在横向方向上会发生一定位移，鉴于海浪传递具有周期短冲击频率高的特点，极易发生严发电装置重磨损进而损坏。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种波浪能发电装置，其能够解决复杂机械易损坏的问题。

本实用新型的技术方案为：

一种波浪能发电装置，包括缸体、第一活塞、第二活塞、用于连通外部发电机的蓄能室、浮子和单向进气通道，

所述缸体的内部空间分隔为第一气缸和第二气缸，第一活塞包括第一活塞头，第二活塞包括第二活塞头和第二活塞杆，第二活塞杆的一端和第二活塞头连接，第二活塞杆的另一端和浮子连接，第一活塞头内置于第一气缸中且将第一气缸分为互不连通的第一腔室和第二腔室，第二活塞头内置于第二气缸中且将第二气缸分为互不连通的第三腔室和第四腔室，第二腔室和第四腔室之间连通并保留固定量气体，固定量气体用于使得第二活塞头移动通过固定量气体的气压带动第一活塞头移动，第一腔室和第三腔室之间不连通，蓄能室和缸体连接，第一腔室和第三腔室均通过单向进气通道和蓄能室连通，

所述缸体还包括第一单向回气通道和第二单向回气通道，第一单向回气通道用于缸体外部空气进入第一腔室，第二回气通道用于缸体外部空气进入第三腔室；

浮子用于置于目标区域中接收波浪能移动并驱动第二活塞头移动，使得第二活塞头压出第三腔室的气体到蓄能室或第一活塞头压出第一腔室的气体到蓄能室。

进一步的，还包括支撑杆和弧形杠杆，支撑杆的一端连接在缸体上，支撑杆的另一端和弧形杠杆中段活动连接，第一活塞还包括第一活塞杆，第一活塞杆的一端和第一活塞头连接，另一端和弧形杠杆连接，第二活塞杆远离第二活塞头的一端和弧形杠杆连接，弧形杠杆用于第二活塞杆移动撬动第一活塞杆以加速第一活塞杆的移动。

进一步的，还包括有加压器，加压器内置于蓄能室中，加压器外侧和蓄能器的内侧形成空气通道，加压器用于收窄空气通过空气通道的宽度。

进一步的，所述浮子包括浮子外壳、连杆、阻尼球，连杆和阻尼球设置在浮子外壳内部，连杆的一端活动连接在浮子外壳内侧，连杆的另一端和阻尼球连接。

进一步的，所述浮子还包括上隔离板和下隔离板，上隔离板和下隔离板连接在浮子内侧，上隔离板和下隔离板之间构成封闭空间，所述连杆活动连接在上隔离板上，阻尼球内置于所述封闭空间中，封闭空间用于装入液体以调整阻尼球的摆动幅度和调整浮子整体密度。

进一步的，所述浮子还包括底杆和翼型板，底杆的一端和浮子外壳连接，底杆的另一端和翼型板活动连接，翼型板用于转换波浪能的方向。

进一步的，所述浮子还包括定向鳍，定向鳍连接在浮子外壳外表面，定向鳍用于稳定浮子沿着靠近和远离第二气缸的直线方向移动。

进一步的，单向进气通道包括第一单向进气通道和第二单向进气通道，第一单向进气通道包括第一阻隔球，第一阻隔球设置在第一腔室和蓄能室连通的通道上构成第一单向进气通道；第二单向进气通道包括第二阻隔球，第二阻隔球设置在第三腔室和蓄能室连通的通道上，第二阻隔球和第三腔室构成第二单向进气通道。

进一步的，所述第一单向回气通道包括第一回气孔和第三阻隔球，第一腔室通过第一回气孔连通缸体外部空气，第一阻隔球设置在第一回气孔上；第二单向回气通道包括第二回气孔和第四阻隔球，第一阻隔球设置在第一回气孔上，第一回气孔、第三阻隔球构成第一单向回气通道；所述第二回气通道包括第二回气孔和第三阻隔球，第三腔室通过第二回气孔连通缸体外部空气，第四阻隔球设置在第二回气孔上。

进一步的，所述第二活塞杆还包括限位块，限位块用于限制第二活塞杆移动进程。

本实用新型的有益效果为：1、本实用新型简化波浪能发电装置结构，采用纯机械的波浪能捕捉系统就能一体化活塞、气阀等主要部件，减少损坏的可能性。2、增加扭矩增大装置，提高不同活塞之间的交互运动速度。3、新型浮子用于提高浮子的上下移动的能力，转化水平方向的能量为上下移动的能量，提高发电效率，适应性更强。

附图说明

图1为本实用新型立体结构示意图。

图2为本实用新型的波浪能捕捉系统的剖面结构示意图。

图3为图2中A位置的放大图。

图4为图3中B位置的放大图。

图5为本实用新型的浮子剖面结构示意图。

图中，1、出压口；2、加压器；301、第一活塞头；302、第一活塞杆；401、第二活塞头；402、第二活塞杆；5、蓄能室；6、缸体；7、支撑杆；8、弧形杠杆；9、贯通流道；10、限位块；11、第一回气孔；12、第二回气孔；131、第一阻隔球；132、第二阻隔球；133、第三阻隔球；134、第四阻隔球；141、第一气室；142、第二气室；143、第三气室；144、第四气室；15、浮子外壳；16、上隔离板；17、第一连杆；18、万向节；19、第二连杆；20、阻尼球；21、定向鳍；22、下隔离板；23、第三连杆；24、轴承；25、翼型板；26、第一气缸；27、第二气缸；28、中心板；291、第一通孔；292、第二通孔。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述：

如图1-5所示，本实用新型包括波浪能捕捉系统和浮子。波浪能捕捉系统的下端连接浮子，浮子置于海洋中，浮子能随着海洋的波浪作用下升沉，浮子通过和波浪能捕捉系统连接，将波浪能传递到波浪能捕捉系统产生机械能，在波浪能捕捉系统内部的机械能转化为空气的动能，所述空气的动能就能用于外部发电的机械设备中产生电能，例如空气的动能推动发电装置的风扇结构，风扇结构转动的机械能转化为电能，达到发电的效果。

如图2所示，为本实用新型的波浪能捕捉系统，包括空心的缸体6，和中心板28，中心板28内设在缸体6中，中心板28一端连接缸体6的上内表面，中心板28将缸体6分为图2中右边的第一气缸26和左边的第二气缸27，由于中心板28的下端留一定的间隙，该间隙为贯通流道9，贯通流道9用于连通第一气缸26和第二气缸27，第一气缸26、第二气缸27和贯通流道9之间连通空间的空气体积固定。

波浪能捕捉系统还包括第一活塞和第二活塞。第一活塞包括第一活塞头301和第一活塞杆302，第一活塞杆302的一端连接第一活塞头301，第一活塞头301内设在第一气缸26中，第一活塞头301将第一气缸26分为上下两个互不连通的腔室，在第一气缸26下方的位置的缸体6上开有用于第一活塞杆302用于穿过的第一通孔291，第一活塞杆302穿过第一通孔291设置，并在第一通孔291和第一活塞杆302之间优选设置密封环，阻止缸体6外的液体进入到第一气缸26中和第二气缸27中的气体泄漏到缸体6之外。第二活塞和第一活塞的构造相同，第二活塞包括第二活塞头401和第二活塞杆402，第二活塞包括第二活塞头401和第二活塞杆402，第二活塞杆402的一端连接第二活塞头401，第二活塞杆402的另一端连接连接浮子，第二活塞头401内设在第二气缸27中，第二活塞头401将第二气缸27分为上下两个互不连通的腔室，在第二气缸27下方的位置的缸体6上开有用于第二活塞杆402用于穿过的第二通孔292，第二活塞杆402穿过第二通孔292设置，并在第二通孔292和活塞杆之间优选设置密封环，组织缸体6外的液体进入到第二气缸27中以及第二气缸27中的气体泄漏到缸体6之外。上述浮子连接第一活塞杆302或第二活塞杆402中任意一个均可以实现本实用新型的运作。

如图3和图4所示。波浪能捕捉系统还包括第一气室141、第二气室142、第三气室143、第四气室144、第一回气孔11、第二回气孔12和蓄能室5，蓄能室5、第一气室141、第三气室143、第一活塞头301上方腔室依次连通，蓄能室5、第二气室142、第四气室144、第二活塞头401上方腔室依次连通。蓄能室5和第一气室141连通的位置还包括第一阻隔球131，第一阻隔球131在蓄能室5和第一气室141连通的位置构成单向阀，允许第一阻隔球131下方的气体可以推开第一阻隔球131进入到蓄能室5，阻挡蓄能室5的气体进入到第一气室141。第一回气孔11设置在第三气室143的上端，第一回气孔11贯穿缸体6，使得第三气室143和缸体6外部气体连通，在第三气室143内还包括有第三阻隔球133，第三阻隔球133用于对第一回气孔11起到单向阀的作用，第三阻隔球133在受到从第一气缸26进入到第三气室143的气体推动的作用力向上移动封闭第一回气孔11，使得第三阻隔球133下方气体直接进入到第一气室141中，在第三阻隔球133没有受到从第一气缸26进入的气体推动时，缸体6外部空气通过第一回气孔11进入到第三气室143和第一气缸26。蓄能室5和第二气室142连通的位置还包括第二阻隔球132，第二阻隔球132的原理和第一阻隔球131的原理相同，第二阻隔球132在蓄能室5和第二气室142连通的位置构成单向阀的作用，允许第二气室142的空气进入到蓄能室5，限制蓄能室5的空气回到第二气室142。第二回气孔12设置在第四气室144的上端，第二回气孔12贯穿缸体6，使得第四气室144和缸体6外部气体连通，第四气室144还包括第四阻隔球134，第四阻隔球134和第三阻隔球133的原理相同起到单向阀的作用，第四阻隔球134用于在第二气缸27空气向上推动第四阻隔球134时封闭第二回气孔12，让空气进入到第二气室142中。第三阻隔球133没有受到从第一气缸26进入的气体向上推动时，缸体6外部空气从第二回气孔12进入到第四气室144和第二气缸27之中。上述波浪能捕捉系统没有对管道或电气设备进行使用，一体化了活塞结构以及单向阀结构，减少了空间，简化了结构，提高可靠性，降低损坏的风险。

所述波浪能捕捉系统还包括加压器2和连通蓄能室5和外部吸收空气动能装置的出压口1。加压器2内设在蓄能室5中，加压器2的外表面和蓄能室5的内表面之间构成用于空气通过的环空通道，加压器2用于减小空气能通过通道宽度以增加流出出压口1空气的压力。所述蓄能室5和加压器2优选为锥形，提高空气在加压过程中的平稳度。

波浪能捕捉系统还包括扭矩放大系统，扭矩放大系统包括支撑杆7和弧形杠杆8，支撑杆7的一端连接到第一通孔291和第二通孔292之间的缸体6外表面上，支撑杆7的另一端通过销活动连接弧形杠杆8的中央，弧形杠杆8可以相对于支撑杆7转动，弧形杠杆8的形状为不完全圆周的一部分，弧形杠杆8的一端活动连接第一活塞杆302的下端，弧形杠杆8的另一端活动连接第二活塞杆402的中间位置，因此第一活塞杆302和第二活塞杆402之间具有杠杆原理，第二活塞杆402下移则使得第一活塞杆302上移，第二活塞杆402上移则第一活塞杆302下移，第一活塞杆302和第二活塞杆402相反方向移动，扭矩放大系统用于增大第二活塞杆402对第一活塞杆302的扭矩，加大第一活塞的冲击力，实现第一活塞快速冲击和收回动作。

在第一活塞杆302和第二活塞杆402上还设置有限位块10，限位块10大于第一活塞杆302和第二活塞杆402穿过缸体6的孔，限位块10用于限制第一活塞和第二活塞的移动进程。

如图5所示，为浮子的结构示意图，浮子包括上浮子外壳15、隔离板、第一连杆17、万向节18、第二连杆19、阻尼球20、定向鳍21、下隔离板22、第三连杆23、轴承24、翼型板25。浮子外壳15为空心结构，截面为流线型，上隔离板16和下隔离板22固定浮子外壳15内部，将浮子外壳15内部分为上、中、下三部分空间。在第一连杆17固定在上隔离板16上，第一连杆17的下端连接万向节18，万向节18和第二连杆19连接，第二连杆19远离万向节18的一端和阻尼球20连接，阻尼球20用于在水平方向移动抵消浮子整体在水平方向的晃动，将水平方向的波浪能转化为垂直方向的能量，方便带动第二活塞的上下移动，减少能量损失。在浮子外壳15内部的中部空间，也即上隔离板16和下隔离板22之间的空间，还能注入液体，配合阻尼球20的使用，调整阻尼球20水平移动性能，也可以调整浮子的整体密度，便于浮子适应不同密度的海域。所述定向鳍21为三角形，连接在浮子外壳15的外表面上，定向鳍21优选为两个，定向鳍21用于使浮子能向垂直方向上移动，起到稳定方向的功能。所述第三连接一端和下隔离板22连接，另一端通过轴承24和翼型板25连接，翼型板25截面形状为机翼形，翼型板25围绕第三连杆23旋转，用于接受水平方向上不同方向的波浪能量，提高连杆垂直方向的冲击力，进而增加第二活塞杆402在垂直方向的移动速度；二是平衡水平方向的波浪能。本实用新型的浮子只连接第二活塞杆402，利用第二活塞杆402带动第一活塞杆302做一个交互运作，相较于连接浮子需要连接两个活塞杆的发电装置减少对浮子的限制，提高浮子上下移动能力，也即能提高对波浪的适应，在浅波低振幅的海浪海域也能运作。

本实用新型的使用主要依赖浮子带动第二活塞的上下移动，现针对浮子向上移动和浮子向下移动分别对本发明的原理进行描述：

(1)浮子向上移动时，浮子带动第二活塞杆402向上移动，第二活塞杆402带动第二活塞头401向上移动，第二活塞头401推动上方空气进入到第四气室144，进入到第四气室144的空气向上推动第四阻隔球134封闭第二回气孔12，空气进入到第二气室142，空气推开第二阻隔球132进入到蓄能室5，从蓄能室5的出压口1离开。第二活塞头401下方还会通过贯通流道9抽取第一活塞头301下方的空气，使得第一活塞整体向下移动，第一活塞头301的上方从第一回气孔11抽取缸体6外部空气进入到第一活塞头301的上方，在第一活塞头301上方保留用于下次第一活塞头301向上移动能排出到蓄能室5的空气。另外在第二活塞上移的时候，扭矩放大装置也开始运作，第二活塞杆402通过弧形杠杆8向上撬动第一活塞杆302向下移动，提高第一活塞杆302向下移动的速度。

(2)浮子向下移动时，浮子带动第二活塞杆402向下移动，第二活塞杆402带动第二活塞头401向下移动，第二活塞头401下方空气通过贯通流道9进入到第一气缸26，也即第一活塞头301的下方，推动第一活塞头301向上移动，第一活塞头301向上移动将第一活塞头301上方空气推入第三气室143并且推动第三阻隔球133向上移动封闭第一回气孔11，空气进入到第一气室141，空气再推动第一气室141的第一阻隔球131进入到蓄能室5，从出压口1离开。第二活塞头401上方从第二回气孔12抽入缸体6外部空气，平衡第二活塞头401上下方气压。另外，第二活塞杆402向下移动的时候，扭矩放大装置也开始运作，第二活塞杆402向下移动通过弧形杠杆8撬动第一活塞杆302向上移动，提高第一活塞杆302向上移动推出空气到蓄能室5的速度。

因此无论是第二活塞头401向上移动还是向下移动，均有气体压进蓄能室5，使得本实用新型运作具有连续性。

综上所述，本实用新型公开一种波浪能发电装置，相比现有技术简化波浪能发电装置结构，采用纯机械的波浪能捕捉系统就能一体化活塞、气阀等主要部件。增加扭矩增大装置，提高不同活塞之间的交互运动速度。公开了新型浮子用于提高浮子的上下移动的能力，转化水平方向的能量为上下移动的能量，提高发电效率，适应性更强。对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种波浪能发电装置，其特征在于：包括缸体、第一活塞、第二活塞、用于连通外部发电机的蓄能室、浮子和单向进气通道，

所述缸体的内部空间分隔为第一气缸和第二气缸，第一活塞包括第一活塞头，第二活塞包括第二活塞头和第二活塞杆，第二活塞杆的一端和第二活塞头连接，第二活塞杆的另一端和浮子连接，第一活塞头内置于第一气缸中且将第一气缸分为互不连通的第一腔室和第二腔室，第二活塞头内置于第二气缸中且将第二气缸分为互不连通的第三腔室和第四腔室，第二腔室和第四腔室之间连通并保留固定量气体，固定量气体用于使得第二活塞头移动通过固定量气体的气压带动第一活塞头移动，第一腔室和第三腔室之间不连通，蓄能室和缸体连接，第一腔室和第三腔室均通过单向进气通道和蓄能室连通，

所述缸体还包括第一单向回气通道和第二单向回气通道，第一单向回气通道用于缸体外部空气进入第一腔室，第二回气通道用于缸体外部空气进入第三腔室；

浮子用于置于目标区域中接收波浪能移动并驱动第二活塞头移动，使得第二活塞头压出第三腔室的气体到蓄能室或第一活塞头压出第一腔室的气体到蓄能室。

2.如权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于：还包括支撑杆和弧形杠杆，支撑杆的一端连接在缸体上，支撑杆的另一端和弧形杠杆中段活动连接，第一活塞还包括第一活塞杆，第一活塞杆的一端和第一活塞头连接，另一端和弧形杠杆连接，第二活塞杆远离第二活塞头的一端和弧形杠杆连接，弧形杠杆用于第二活塞杆移动撬动第一活塞杆以加速第一活塞杆的移动。

3.如权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于：还包括有加压器，加压器内置于蓄能室中，加压器外侧和蓄能器的内侧形成空气通道，加压器用于收窄空气通过空气通道的宽度。

4.如权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于：所述浮子包括浮子外壳、连杆、阻尼球，连杆和阻尼球设置在浮子外壳内部，连杆的一端活动连接在浮子外壳内侧，连杆的另一端和阻尼球连接。

5.如权利要求4所述的波浪能发电装置，其特征在于：所述浮子还包括上隔离板和下隔离板，上隔离板和下隔离板连接在浮子内侧，上隔离板和下隔离板之间构成封闭空间，所述连杆活动连接在上隔离板上，阻尼球内置于所述封闭空间中，封闭空间用于装入液体以调整阻尼球的摆动幅度和调整浮子整体密度。

6.如权利要求4所述的波浪能发电装置，其特征在于：所述浮子还包括底杆和翼型板，底杆的一端和浮子外壳连接，底杆的另一端和翼型板活动连接，翼型板用于转换波浪能的方向。

7.如权利要求4所述的波浪能发电装置，其特征在于：所述浮子还包括定向鳍，定向鳍连接在浮子外壳外表面，定向鳍用于稳定浮子沿着靠近和远离第二气缸的直线方向移动。

8.如权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于：单向进气通道包括第一单向进气通道和第二单向进气通道，第一单向进气通道包括第一阻隔球，第一阻隔球设置在第一腔室和蓄能室连通的通道上构成第一单向进气通道；第二单向进气通道包括第二阻隔球，第二阻隔球设置在第三腔室和蓄能室连通的通道上，第二阻隔球和第三腔室构成第二单向进气通道。

9.如权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于：所述第一单向回气通道包括第一回气孔和第三阻隔球，第一腔室通过第一回气孔连通缸体外部空气，第一阻隔球设置在第一回气孔上；第二单向回气通道包括第二回气孔和第四阻隔球，第一阻隔球设置在第一回气孔上，第一回气孔、第三阻隔球构成第一单向回气通道；所述第二回气通道包括第二回气孔和第三阻隔球，第三腔室通过第二回气孔连通缸体外部空气，第四阻隔球设置在第二回气孔上。

10.如权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于：所述第二活塞杆还包括限位块，限位块用于限制第二活塞杆移动进程。

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