CN102635490A - 一种浮体式潮汐与海浪发电装置 - Google Patents

一种浮体式潮汐与海浪发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种新型的漂浮式潮汐发电机装置，它由内壁嵌有发电线圈，外壁有叶片，中心有嵌装永磁体磁极，通过密封圈密封的圆筒构成，圆筒两端有梯形波流聚集板，能利用水平方向的波流和波浪的震动产生感生电流，所产生的感生电流经过整流后对电池充电，输出稳定的直流电，直流电经过变流转变为工频交流电。

Description

一种浮体式潮汐与海浪发电装置
技术领域
本发明属于海洋能源利用与可再生能源发电领域，涉及利用潮汐与海浪动能发电的装置。
背景技术
能源安全已成为全球性的一大挑战，关系到国家的安全与社会的发展。化石能源的有限性及其温室气体效应，迫使世界各国想方设法投入大量的科研资源来研究开发绿色能源技术。除了利用风能、太阳能、地热能、核能等自然资源外，海浪发电正在蓬勃兴起，并逐步成为各国竞相开发的一种新能源。开发高效和高性价比的海浪发电技术对于我国当前的环境保护和能源可持续开发有巨大的经济效益和社会效益。大力发展包括海浪发电在内的海洋可再生能源技术已被列入国家海洋事业发展规划纲要。根据调研可知，目前利用波浪能发电有三种比较成熟的方法：振荡水柱波能装置、聚波水库式发电装置、摆式波能装置。振荡水柱波能装置的优点是转动机构不与海水接触，防腐性能好，安全可靠，维护方便。但以现有成熟的技术实施海浪发电具有以下缺点：1、振荡水柱波能装置和摆式波能装置需要液压传动轴，因而造价昂贵，发电性价比不高；2、这些装置需要机械传动，两次能量转换，摩擦损耗大，转换效率低、3、发电机体积巨大，要求海浪浪高比较大。聚波水库式发电装置的优点是一级转换没有活动部件，可靠性好，维护费用低，***出力稳定。不足之处是电站建造对地形有要求，不易推广。
发明内容
本发明提供一种新型的漂浮式潮汐发电机装置，其特征在于，具有叶轮结构的圆柱形的浮体，所述浮体由橡胶或由橡胶包封的矽钢材料制成，所述浮体的筒壁内镶嵌发电线圈，所述浮体的筒壁外壁均匀安装径向分布的页片。所述浮体的轴中心通过两个轴承安装在一个定轴上，因而能绕所述定轴旋转。所述定轴上嵌装了垂直于定轴的永磁体磁极。浮体与定轴的两端面安装两个梯形的波流聚集板，所述梯形波流聚集板在垂直水面方向是矩形迎波板，而水平方向的截面承梯形形状，梯形截面迎波面的底边比靠近浮体圆柱一端的底边长。所述浮体圆柱体及定轴与波流聚集板之间有两组密封圈，从而隔离海水与浮体内部的发电部件，避免了发电机受海水腐蚀的现象。该装置可通过锚链固定在波流方向可预测的确定水域：如陆地上的河流中或者有着丰富的潮汐现象的海域，波流在聚波板的约束下以更高的速度流向浮体上的页片，从而推动圆柱形浮体绕着定轴旋转，从而使发电线圈切割磁极的磁力线产生感生电流。同时，随着海浪的波峰的变化，在浮力与重力的作用下，该装置能随波浪震动，磁极的重心发生变化因而绕固定轴旋转，从而磁极与线圈发生相对运动，因而磁力线与发电线圈相互切割。同时，磁极可以通过轴承安装在定轴上绕定轴摆动，当所述发电装置随波浪震动时，通过轴承安装的永磁体磁极由于重力势能的作用而摆动，从而切割磁力线发电，因此，该装置不仅能利用浮体垂直方向上随波震动的能量，也能利用潮汐水平方向上移动时推力产生的能量，将潮汐或海浪的动能直接转换成电能。所产生的感生电流通过浮体内定轴上的电刷收集，再通过定轴中心孔的电线引出到发电装置外。所述装置无需两次能量转换，启动阻力小，直接利用潮汐和海浪的动能发电，发电效率高，发电成本低。
  所产生的交流电通过整流变成直流电对蓄电池充电，由蓄电池对外输出稳定的电能。可将一台或一台以上的发电装置产生的直流电能串联或并联，在经过变流升压转变为工频交流电，并入电网或对负载供电。该装置简单方便，在遇到恶劣天气或环境下，可转移至安全海域。此外该装置还适用于用于陆地上的河流中，将河水流动的动能直接转换成电能，无需筑坝就可以建成河边小型电站，对一家一户或某些小型功率机器的提供电源。
附图说明
图1是浮体式潮汐与海浪发电装置的轴向剖视图
图2是浮体式潮汐与海浪发电装置的垂直于轴向（A-A）的剖视图
图3是浮体式潮汐与海浪发电装置中波流聚集板及旋转叶轮与海水隔离的密封结构的局部放大图
图4是浮体式潮汐与海浪发电装置实施发电的***功能结构框图。
具体实施方式
本发明提供一种新型的漂浮式潮汐发电机装置，它具有如图1所示的密封的圆筒形的浮体(1)，所述浮体内有定轴（3），定轴上嵌装了垂直于固定轴的永磁体磁极（6），浮体（1）能绕定轴（3）旋转，浮体圆筒外壳内嵌入了发电线圈（5）。永磁体磁极（6）与定轴（3）的装配关系如图2所示，永磁体磁极（6）与定轴（3）相互垂直，一部分磁极（6）固定在定轴（3）上，一部分磁极（6）通过能绕定轴（3）旋转的轴承（7）安装在定轴上，相邻两对磁极（6）在定轴（3）横截面上的投影互相垂直。该装置通过锚链（13）定在确定的水域，该装置在迎波面安装了梯形的波流聚集板（4），在潮汐或波流的推动下，浮体（1）圆筒能绕定轴（3）旋转切割磁极磁力线，同时，随着海浪波峰的变化，在浮力与重力的作用下，该装置能随波浪震动，通过轴承安装的磁极（6）的重心发生变化因而绕固定轴（3）旋转，从而与线圈发生相对运动。因此，该装置不仅能利用浮体垂直方向上随波震动的能量，也能利用潮汐水平方向上移动时推力产生的能量，将潮汐或海浪的动能直接转换成电能，所产生的交流电通过整流变成直流电对蓄电池充电，由蓄电池对外输出稳定的电能。同时，该装置简单方便，在遇到恶劣天气或环境下，可转移至安全海域。此外该装置还适用于用于陆地上的河流中，将河水流动的动能直接转换成电能，无需筑坝就可以建成河边小型电站，对一家一户或某些小型功率机器的提供电源。
该装置机械结构结合附图说明如下：如图1所示，所述装置包括浮体（1）、浮体圆筒外部径向分布的页片（2），浮体圆筒内部镶嵌有轴向分布的发电线圈（5），浮体圆筒两端面的中心通过两个轴承（8）与定轴（3）联接，定轴上通过轴承（7）安装了N对永磁铁磁极（6），磁极（6）的重心分布在两端，在浮体随波浪震动时吸收波浪动能，并将其转化为重力势能，因而能绕定轴旋转，从而磁力线切割发电线圈（5）产生感生电流；定轴（3）与梯形波流聚集板（4）固定联接，整个装置通过4个锚链（13）固定在预定的水域。当水面有水平方向的波流或潮流时，水平方向波流推动浮体圆筒外的页片（2），使圆筒绕定轴旋转，从而使线圈与磁力线相互切割，产生感生电流。浮体圆筒内嵌装的线圈匝数以及定轴上安装的磁极的对数可视输出功率的要求配置。感生电流通过浮体圆筒内部的电刷连接，电刷的电极通过定轴中心孔内的导线连接输出。浮体圆筒与梯形波流聚集板之间通过密封环将圆筒内部与海水隔离，图3是密封环结构的局部放大视图，其中密封环（10，11）由表面抛光陶瓷片或金属片制成，一端固定在梯形波流聚集板内的弹簧（12）的弹力使密封环（11）紧贴密封环（10），从而隔离海水与圆筒内部的发电部件。
如图4所示，该装置产生的感生电流经过桥式整流电路整流后，传送给蓄电池充电电路对蓄电池充电，电能存储于蓄电池中，形成稳定的电能输出。在海面上多个这样的装置可以经串联与并联连接网状，组成大功率的发电网。蓄电池组输出的电流经过变流和升压以后可以成为工频交流电输出。

Claims (8)

1.一种浮体式潮汐与海浪发电装置，其特征在于，具有叶轮结构的圆柱形的浮体，所述浮体由橡胶或由橡胶包封的矽钢材料制成，所述浮体的筒壁内镶嵌发电线圈，所述浮体的筒壁外壁均匀安装径向分布的页片，所述浮体的轴中心通过两个轴承安装在一个定轴上，因而能绕所述定轴旋转，所述定轴上嵌装了垂直于定轴的永磁体磁极。
2.浮体与定轴的两端面安装两个梯形的波流聚集板，所述梯形波流聚集板在垂直水面方向是矩形迎波板，而水平方向的截面承梯形形状，梯形截面迎波面的底边比靠近浮体圆柱一端的底边长；所述浮体圆柱体及定轴与波流聚集板之间有两组密封圈，从而隔离海水与浮体内部的发电部件。
3.根据权利要求1所述浮体式潮汐与海浪发电装置，其特征在于，其圆柱形的浮体在波流的推动下能绕定轴旋转，切割磁力线产生感生电流，当波浪为的波峰变化时，磁极的重心发生变化而绕定轴旋转，切割磁力线产生感生电流；所述装置不仅能利用浮体垂直方向上随波震动的能量，也能利用潮汐水平方向上移动时推力产生的能量，将潮汐或海浪的动能直接转换成电能。
4.根据权利要求1所述浮体式潮汐与海浪发电装置，其特征在于，所产生的感生电流通过浮体内定轴上的电刷收集，再通过中心孔的电线引出到发电装置外。
5.所述装置无需两次能量转换，启动阻力小，直接利用潮汐和海浪的动能发电，发电效率高，发电成本低；根据权利要求1所述浮体式潮汐与海浪发电装置，其特征在于，所产生的交流电通过整流变成直流电对蓄电池充电，由蓄电池对外输出稳定的电能。
6.可将一台或一台以上的发电装置产生的直流电能串联，在经过变流升压转变为工频交流电，并入电网或对负载供电。
7.根据权利要求1所述浮体式潮汐与海浪发电装置，其特征在于，在遇到恶劣天气或环境下，可转移至安全海域。
8.所述装置还适用于用于陆地上的河流中，将河水流动的动能直接转换成电能，无需筑坝就可以建成河边小型电站，对一家一户或某些小型功率机器的提供电源。
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