CN106948998A - 一种混合式波浪能俘获装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种混合式波浪能俘获装置，包括主腔体、浮子、气动式能量俘获***、液压式能量俘获***和锚泊***；气动式能量俘获***设于主腔体的顶部；液压式能量俘获***设于主腔体上部，液压式能量俘获***均包括液压能应用模块、液压缸和液压杆，液压能应用模块与液压缸之间通过管路连接，液压缸与主腔体活动连接；浮子通过刚臂与主腔体活动连接，液压杆与刚臂活动连接；锚泊***设于主腔体底部。本发明中，在浮子由主腔体支撑，无需额外锚泊***和平台，降低成本；气压式能量俘获***和液压式能量俘获***均处在水面线以上，始终不与海水接触，不会受到海水腐蚀和海洋生物附着，可靠性好，耐久性强，稳定性好，便于安装维护。

Description

一种混合式波浪能俘获装置

技术领域

本发明涉及海洋波浪能利用技术领域，特别是涉及一种混合式波浪能俘获装置。

背景技术

广袤的海洋中蕴藏着巨大的能量，其中波浪能约为2.11TW。相比于其他可再生能源，开发和利用海洋波浪能具有十分显著的优势：海洋波浪蕴藏的能量是所有可再生能源中密度最大的，且集中分布于海面附近；波浪能的理论能量俘获效率以及实际效率都要高于太阳能和风能；波浪能装置可以在90％以上的时间内产生能量；波浪能可以传播很远而损耗较少的能量；开发和利用波浪能对环境产生的负面影响较小。

由于波浪能是海洋能中品位最高、分布最广的可再生清洁能源，如果能高效转换和利用波浪能，并提高装置的生存能力，降低装置成本，就有望实现大规模商业推广应用，形成零排放循环低碳经济的海洋能利用模式，解决沿海地区和海岛地区的能源紧张问题，因而研究一种结构简单而又工作高效的波能俘获装置具有特别重要的意义。

目前，波浪能转换理念数量众多。在日本、北美和欧洲地区已有超过1000多项波能转换的技术专利。按照波能俘获类型，波能俘获装置可大体分为振荡浮子式(OB)、筏式、摆式、振荡水柱式(OWC)和越浪式5种。其中，振荡浮子式和振荡水柱式两种波能俘获方式结构简单、可靠性好，发展前景广阔。

振荡浮子式的结构尺寸相对于入射波波长较小，主要依靠浮子的上下振荡来俘获波能，带动发电机组发电或驱动海水淡化组件淡化海水。振荡水柱式主体结构为一个腔室，腔室在水面下通过一开口于海水连通，在波浪带动下腔体内部形成振荡水柱，腔体内上方空气以气流形式驱动腔体顶部的空气透平转动，带动发电机组发电。

在公开号为CN102720629A，名称为“波浪能转换装置及其***”的专利文献中公开了这样一种波浪能利用***。该***包括波浪能转换装置、竖直安装并固定在波浪中的立柱以及固定波浪能转换装置的固定臂。其中波浪能转换装置主要由浮箱、与浮箱固定相连的缸体以及相对固定的立杆构成，立杆和缸体合围出密闭气室。在浮箱随波浪起伏而上下运动的过程中，将波浪能转化为压缩空气。由于该装置涉及到多个密封气室，结构较为复杂，可靠性和耐久性较差。

在公开号为CN106194558A，名称为“大直径圆筒形透空堤兼振荡水柱波能发电装置”的专利文献中公开了一种基于大直径圆筒形透空堤的振荡水柱式波能发电装置，主要包括大直径圆筒体、筒顶盖板、底部开口、支撑桩、气室、气流通道、空气透平和发电机组。大直径圆筒体内部水体通过底部开口与外部海水连通，在波浪作用下筒内圆筒体内部气室气压变化使气流通道处产生气流，带动空气透平和发电机组发电。该装置是基于现有的大直径圆筒形透空堤提出的，仅限于与大直径圆筒形透空堤工程相结合，不利于大范围推广。

由于单个振荡浮子式结构尺寸较小，其对波频敏感，波能俘获功率并不会太高，且锚泊***或支撑平台在振荡浮子式的建设成本中占比巨大；单个振荡水柱式波能俘获效率也相对较低，为增强能量俘获能力，往往需要较大尺寸，成本相对较高。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种结构简单、可靠性好、耐久性高、建设成本低、波浪能俘获效率高且利于大规模推广的混合式波浪能俘获装置。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种混合式波浪能俘获装置，包括主腔体、浮子、气动式能量俘获***、若干液压式能量俘获***和锚泊***；所述气动式能量俘获***设置于所述主腔体的顶部；若干所述液压式能量俘获***设置于所述主腔体上部周围，每个所述液压式能量俘获***均包括液压能应用模块、液压缸和设置于所述液压缸内的液压杆，所述液压能应用模块与所述液压缸之间设置有低压入流管和高压出流管，所述液压缸与所述主腔体活动连接；所述浮子通过刚臂与所述主腔体活动连接，所述液压杆与所述刚臂活动连接；所述锚泊***设置于所述主腔体底部。

可选的，所述主腔体外壁上设置有支撑平台，用于放置所述液压式能量俘获***。

可选的，所述液压式能量俘获***包括通过管路依次连接的高压蓄能稳压器、液压马达和低压蓄能稳压器，所述高压蓄能稳压器与所述液压缸之间通过第一高压出流管连接，所述低压蓄能稳压器与所述液压缸之间通过第一低压入流管连接；优选的，所述第一高压出流管与所述液压缸之间设置有第一单向阀，所述第一低压入流管与所述液压缸之间设置有第二单向阀；更优选的，所述高压蓄能稳压器与所述液压缸之间通过多个所述第一高压出流管连接；所述低压蓄能稳压器与所述液压缸之间通过多个所述第一低压入流管连接。

可选的，还包括与所述液压马达动力连接的第一发电机组。

可选的，所述液压式能量俘获***包括过滤器、调压器和膜组件，所述调压器与所述膜组件通过管路连接；所述过滤器的进水口连接有吸水管，所述过滤器的出水口通过第二低压入流管与所述液压缸连通；所述调压器的进口通过第二高压出流管与所述液压缸连通，所述膜组件上连接有淡水产出管和浓盐水排出管；优选的，所述第二高压出流管与所述液压缸之间设置有第一单向阀；所述第二低压入流管与所述液压缸之间设置有第二单向阀；更优选的，所述调压器与所述液压缸之间通过多个所述第二高压出流管连接；所述过滤器与所述液压缸之间通过多个所述第二低压入流管连接。

可选的，所述锚泊***包括锚链和锚，所述锚链一端设置于所述主腔体底部，另一端与锚连接。

可选的，所述锚泊***为多个。

可选的，所述主腔体外壁上设置有双耳环，所述刚臂通过销轴与所述双耳环销接在一起；优选的，所述主腔体外壁上设有第一球铰座，所述第一球铰座通过一根球头杆与所述液压缸的底部连接；所述液压杆通过一设置在所述刚臂上的第二球铰座铰接。

可选的，所述主腔体为筒状结构；所述主腔体上部为锥形，所述气动式能量俘获***设置于锥形部分内；优选的，所述主腔体的内外壁面均涂有防腐材料；更优选的，所述浮子是由表面涂有防腐材料的钢板弯卷焊接而成的密闭结构。

可选的，所述气动式能量俘获***包括空气透平和第二发电机组，所述空气透平与所述第二发电机组动力连接。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、本发明中浮子与振荡水柱之间的水动力相互作用会对装置的波浪能俘获性能产生显著影响。通过选用适当的结构尺寸，可使浮子振荡和主腔体内的液柱振荡发生共振，气动式能量俘获***和液压式能量俘获***的波浪能俘获功率都得到加强，进而大幅提高装置的波浪能俘获性能，其波浪能俘获功率可显著高于单独放置的振荡水柱装置和单独放置的若干振荡浮子波浪能俘获功率之和；2、本发明的浮子通过刚臂连接在主腔体上，在浮子振荡过程中由主腔体提供支撑，无需设计和制作浮子所需的额外锚泊***和支撑平台，降低了装置成本；3、本发明中的气压式能量俘获***和液压式能量俘获***均固定在主腔体外的支撑平台上，运行稳定性好，且便于安装和维护；4、本发明中的气压式能量俘获***和液压式能量俘获***均处在水面线以上，始终不与海水接触，装置既不会受到海水的腐蚀也不会遭遇海洋生物附着，装置的可靠性好，耐久性强；5、本发明液压能应用模块可采用海水淡化***，利用液压能驱动反渗透膜淡化海水，装置在进行发电的同时还可一并产出淡水。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明的截面示意图

图3是本发明的液压式能量俘获***局部示意图

图4是本发明中一种液压能应用模块的示意图

图5是本发明中另一种液压能应用模块的示意图

图6是本发明若干液压缸共用液压能应用模块的示意图

图7是本发明若干液压缸共用液压能应用模块的示意图。

附图标记说明：1、主腔体；2、浮子；3、气动式能量俘获***；4、液压式能量俘获***；5、刚臂；6、液压缸；7、液压能应用模块；11、开口；12、锚链；13、锚；14、支撑平台；31、空气透平；32、第二发电机组；33、钢架；51、销轴；52、双耳环；61、第一球铰座；62、球头杆；63、液压杆；64、第二球铰座；65、第二单向阀；66、第一低压入流管；66'、第二低压入流管；67、第一单向阀；68、第一高压出流管；68'、第二高压出流管；71、高压蓄能稳压器；72、低压蓄能稳压器；73、液压马达；74、第一发电机组；75、吸水管；76、过滤器；77、调压器；78、膜组件；79、淡水产出管；79'、浓盐水排出管；80、海床；81、波浪；82、液面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种混合式波浪能俘获装置，以解决现有技术中在开发利用海洋波浪能时，装置结构复杂、可靠性差、耐久性差、建设成本高、波能俘获功率低的问题，从而可以更好的开发利用波浪能。

基于此，本发明提供的混合式波浪能俘获装置，其包括主腔体、浮子、气动式能量俘获***、若干液压式能量俘获***和锚泊***，能够将波浪能转换为气压能或者液压能，进而转化为其他形式的能量。

本发明采用主腔体、浮子、气动式能量俘获***和若干液压式能量俘获***配合使用，既解决了装置的悬浮和工作平台问题，降低建设成本，使结构简单化，提高可靠性和耐久性，又能增加能量的俘获效率和功率，从而实现更好的开发利用波浪能。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供一种混合式波浪能俘获装置，包括主腔体1、浮子2、气动式能量俘获***3、液压式能量俘获***4和锚泊***；所述气动式能量俘获***3设置于所述主腔体1的顶部；所述液压式能量俘获***4设置于所述主腔体1上部周围，且均匀分布，所述液压式能量俘获***4包括液压能应用模块7、液压缸6和设置于所述液压缸6内的液压杆63，所述液压能应用模块7与所述液压缸6之间设置有低压入流管和高压出流管，所述液压缸6与所述主腔体1活动连接；所述浮子2通过刚臂5与所述主腔体1活动连接，所述液压杆63与所述刚臂5活动连接；所述锚泊***设置于所述主腔体1底部。

所述主腔体1和浮子2产生的浮力使整个装置漂浮于海面上，随着波浪81的起伏，所述浮子2与所述主腔体1之间产生相对的高度变化，这一变化使得连接所述主腔体1与所述浮子2的所述刚臂5围绕活动连接点转动，进而推动所述液压杆63在所述液压缸6内活动，所述液压缸6内体积的变化使液压缸6内产生压力变化，压力变化通过所述低压入流管和所述高压出流管传递到所述液压式能量俘获***，波浪能转化为了液压能，被液压式能量俘获***利用。由于所述主腔体1上端是敞口设置，随着波浪81的起伏，所述主腔体1内液面82发生高度变化，会有气流波动，这一气流波动带动的能量被所述气动式能量俘获***3吸收。

于本具体实施例中，如图1-3所示，所述主腔体1外壁上设置有支撑平台14，用于放置所述液压式能量俘获***，使气压式能量俘获***和液压式能量俘获***均处在水面线以上，始终不与海水接触，装置既不会受到海水的腐蚀也不会遭遇海洋生物附着，装置的可靠性好，耐久性强；所述锚泊***包括锚链12和锚13，所述锚链12一端设置于所述主腔体1底部，另一端与锚13连接，所述锚链12和所述锚13将混合式波浪能俘获装置固定于海床80上；所述主腔体1外壁上设置有双耳环52，所述刚臂5通过销轴51与所述双耳环52销接在一起，使所述刚臂5能够围绕所述销轴51转动；所述主腔体1外壁上设有第一球铰座61，所述第一球铰座61通过一根球头杆62与所述液压缸6的底部连接；所述液压杆63通过一设置在所述刚臂5上的第二球铰座64铰接；所述主腔体1为筒状结构；所述主腔体1上部为锥形，底部设置有开口11，所述气动式能量俘获***3设置于锥形部分内；所述主腔体1的内外壁面均涂有防腐材料；所述浮子2是由表面涂有防腐材料的钢板弯卷焊接而成的密闭结构；所述气动式能量俘获***3包括空气透平31和第二发电机组32，所述空气透平31与所述第二发电机组32动力连接，所述第二发电机组32通过钢架33固定在所述主腔体1上。

进一步的，如图4所示，所述液压式能量俘获***包括通过管路依次连接的高压蓄能稳压器71、液压马达73和低压蓄能稳压器72，所述高压蓄能稳压器71与所述液压缸6之间通过第一高压出流管68连接，所述低压蓄能稳压器72与所述液压缸6之间通过第一低压入流管66连接；所述第一高压出流管68与所述液压缸6之间设置有第一单向阀67，所述第一低压入流管与所述液压缸6之间设置有第二单向阀65。所述液压马达73动力连接第一发电机组74。

所述液压缸6内产生的液压能经所述第一高压出流管68流入所述液压式能量俘获***中的所述高压蓄能稳压器71，所述液压马达73在液压能的带动下转动，进而带动所述第一发电机组74发电，完成波浪能与电能的转化。所述高压蓄能稳压器71和所述低压蓄能稳压器72使所述液压式能量俘获***中的压力保持稳定。

于另一实施例中，所述液压式能量俘获***包括过滤器76、调压器77和膜组件78，所述调压器77与所述膜组件78通过管路连接；所述过滤器76的进水口连接有吸水管75，用于吸收海水，所述过滤器76的出水口通过第二低压入流管66'与所述液压缸6连通；所述调压器77的进口通过第二高压出流管68'与所述液压缸6连通，所述膜组件78上连接有淡水产出管79和浓盐水排出管79'；所述第二高压出流管68'与所述液压缸6之间设置有第一单向阀67；所述第二低压入流管66'与所述液压缸6之间设置有第二单向阀65。

所述液压缸6内产生的液压能产生吸力，将海水通过吸水管75和过滤装置吸入所述液压缸6内，再通过所述第二高压出流管68'流入所述调压器77和所述膜组件78，在所述膜组件78内海水被分为淡水和浓盐水，所述淡水从所述淡水产出管79流入收集设备，浓盐水从所述浓盐水排出管79'排出。

于进一步的实施例中，所述高压蓄能稳压器71与所述液压缸6之间通过四个所述第一高压出流管68连接；所述低压蓄能稳压器72与所述液压缸6之间通过四个所述第一低压入流管66连接。所述调压器77与所述液压缸6之间通过四个所述第二高压出流管68'连接；所述过滤器76与所述液压缸6之间通过四个所述第二低压入流管66'连接。

下面说明本发明的使用流程：

当波浪81经过时，会带动若干浮子2连同若干刚臂5绕主腔体1做上、下相对摆动，同时主腔体1内部的液面82也会发生上下起伏。液面82上升时，主腔体1内的空气受到压缩，气压增加，空气通过气动式能量俘获***3排出；液面82下降时，主腔体1内压强降低，空气通过气动式能量俘获***3被吸入到主腔体1内。空气流动形成的气流会带动气动式能量俘获***3中的空气透平31发生转动，进而驱动第二发电机组32发电。

浮子2和刚臂5的上、下摆动会带动液压杆63在液压缸6内做直线往复运动。第二单向阀65仅允许流体通过第一低压入流管66流入液压缸6，第一单向阀67仅允许流体从液压缸6经第一高压出流管68流出。当浮子2和刚臂5向下摆动时，液压杆63做抽离液压缸6的运动，液压缸6内形成负压；当浮子2和刚臂5向上摆动时，液压杆63做压入液压缸6的运动，会在液压缸6内形成高压。

当本发明的液压能应用模块7采用液压发电回路的方案时，液压缸6内形成的高压会将液压缸6中的液压油流经第一单向阀67和第一高压出流管68泵入到高压蓄能稳压器71中，而液压缸6内形成的负压则会将液压油从低压蓄能稳压器72流经第一低压入流管66和第二单向阀65吸入到液压缸6中。高压蓄能稳压器71和低压蓄能稳压器72之间的压差会驱动液压油从高压蓄能稳压器71流入低压蓄能稳压器72，带动液压马达73运动，并驱动第一发电机组74发电。

当本发明的液压能应用模块7采用海水淡化***的方案时，液压缸6内形成的负压会将海水从海洋中吸入到吸水管75，并依次流经过滤器76、第二低压入流管66’和第二单向阀65进入到液压缸6中。液压缸6内形成的高压则会将液压缸6中的海水流经第一单向阀67和第二高压出流管68’泵入到调压器77中，经过调压器77的稳压之后，海水被泵入到膜组件78淡化海水，产出的淡水经淡水产出管79流出，而制备淡水过程中产生的浓盐水则通过浓盐水排出管79’排回到大海中。

当本发明的波浪能俘获装置设置在海岸或海洋平台附近的水域时，液压能应用模块7还可以相应地设置在海岸或海洋平台上。

需要说明的是，本发明中的液压式能量俘获***的数量不以本实施例为限，为实现本发明高效的开发利用海洋波浪能，采用两个以上液压式能量俘获***即可，同样，浮子的具体结构设计以及数量及位置设置并不以本实施例为限，只要能实现对整个装置的漂浮即可；高压出流管和低压入流管的数量，并不以本实施例为限。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种混合式波浪能俘获装置，其特征在于，包括主腔体、浮子、气动式能量俘获***、若干液压式能量俘获***和锚泊***；所述气动式能量俘获***设置于所述主腔体的顶部；若干所述液压式能量俘获***设置于所述主腔体上部周围，每个所述液压式能量俘获***均包括液压能应用模块、液压缸和设置于所述液压缸内的液压杆，所述液压能应用模块与所述液压缸之间设置有低压入流管和高压出流管，所述液压缸与所述主腔体活动连接；所述浮子通过刚臂与所述主腔体活动连接，所述液压杆与所述刚臂活动连接；所述锚泊***设置于所述主腔体底部。

2.根据权利要求1所述的混合式波浪能俘获装置，其特征在于，所述主腔体外壁上设置有支撑平台，用于放置所述液压式能量俘获***。

3.根据权利要求2所述的混合式波浪能俘获装置，其特征在于，所述液压式能量俘获***包括通过管路依次连接的高压蓄能稳压器、液压马达和低压蓄能稳压器，所述高压蓄能稳压器与所述液压缸之间通过第一高压出流管连接，所述低压蓄能稳压器与所述液压缸之间通过第一低压入流管连接；优选的，所述第一高压出流管与所述液压缸之间设置有第一单向阀，所述第一低压入流管与所述液压缸之间设置有第二单向阀；更优选的，所述高压蓄能稳压器与所述液压缸之间通过多个所述第一高压出流管连接；所述低压蓄能稳压器与所述液压缸之间通过多个所述第一低压入流管连接。

4.根据权利要求3所述的混合式波浪能俘获装置，其特征在于，还包括与所述液压马达动力连接的第一发电机组。

5.根据权利要求2所述的混合式波浪能俘获装置，其特征在于，所述液压式能量俘获***包括过滤器、调压器和膜组件，所述调压器与所述膜组件通过管路连接；所述过滤器的进水口连接有吸水管，所述过滤器的出水口通过第二低压入流管与所述液压缸连通；所述调压器的进口通过第二高压出流管与所述液压缸连通，所述膜组件上连接有淡水产出管和浓盐水排出管；优选的，所述第二高压出流管与所述液压缸之间设置有第一单向阀；所述第二低压入流管与所述液压缸之间设置有第二单向阀；更优选的，所述调压器与所述液压缸之间通过多个所述第二高压出流管连接；所述过滤器与所述液压缸之间通过多个所述第二低压入流管连接。

6.根据权利要求1所述的混合式波浪能俘获装置，其特征在于，所述锚泊***包括锚链和锚，所述锚链一端设置于所述主腔体底部，另一端与锚连接。

7.根据权利要求6所述的混合式波浪能俘获装置，其特征在于，所述锚泊***为多个。

8.根据权利要求2所述的混合式波浪能俘获装置，其特征在于，所述主腔体外壁上设置有双耳环，所述刚臂通过销轴与所述双耳环销接在一起；优选的，所述主腔体外壁上设有第一球铰座，所述第一球铰座通过一根球头杆与所述液压缸的底部连接；所述液压杆通过一设置在所述刚臂上的第二球铰座铰接。

9.根据权利要求1所述的混合式波浪能俘获装置，其特征在于，所述主腔体为筒状结构；所述主腔体上部为锥形，所述气动式能量俘获***设置于锥形部分内；优选的，所述主腔体的内外壁面均涂有防腐材料；更优选的，所述浮子是由表面涂有防腐材料的钢板弯卷焊接而成的密闭结构。

10.根据权利要求1所述的混合式波浪能俘获装置，其特征在于，所述气动式能量俘获***包括空气透平和第二发电机组，所述空气透平与所述第二发电机组动力连接。