WO2010057419A1

WO2010057419A1 - 海洋波浪能发电的装置

Info

Publication number: WO2010057419A1
Application number: PCT/CN2009/074934
Authority: WO
Inventors: 邓志辉
Original assignee: Deng Zhihui
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2009-11-13
Publication date: 2010-05-27
Also published as: US20110215581A1; RU2470179C1; AU2009317697A1; RU2011117041A; KR101254869B1; CN101737234B; EP2351930A4; CA2743984A1; AU2009317697B2; MY158360A; CN101737234A; US8450869B2; KR20110053488A; BRPI0914087A2; EP2351930A1; JP2012509429A

Description

说明书

Title of Invention:海洋波浪能发电的装置技术领域

[ 1 ] 本发明涉及一种海洋波浪能发电的装置。

背景技术

[2] 由于海水发电具有无污染以及不必耗费燃料之优点，如何利用海水波浪所携带的能量来发电成为世界各国海洋工程研究人员研究的目的。我国大陆海岸线长达 18000多千米，再加上各大小岛屿，海洋能源十分丰富。随着可染能源日趋紧张，研究、创新海洋发电技术是一件意义深远的工作。

[3] 海洋中，波浪发电即是以波浪发电装置将海浪动能转换成电能。波浪发电装置为了有效地吸收波能，其运转形式依据波浪的上下振动特性而设计，稳定运动机制获取动能，然后再加以来发电。由于波浪的不稳定性，现有发电设备有一种是设置在海床上，发电设备复杂，发电设备承受海水腐蚀、波浪侵袭而破坏，使用寿命短、施工及维修成本相对过高等问题；另一种是漂浮于海面上，现有这类发电机一般釆用水轮来带动电机转子正、反向交替转动来发电，电机转子在换向过程中很大一部分能量白白消耗掉了，使得现有这类电机转换效率不高，同吋现有水轮直接通过传动装置连接发电机转子相连，水轮转动快慢受波能大小严格限制，想增大转换效率往往釆用增大水轮来实现，与水轮配合的相应结构也加大了，这样成本增高了，不利于目前波浪发电的发展。

发明内容

[4] 本发明的目的是克服了上述不足而提供一种动力设备设在海平面以下，发电设备浮于海平面上、发电效率高的海洋波浪能发电的装置。

[5] 为实现上述目的，本发明釆用了下列技术方案：

[6] 海洋波浪能发电的装置，包括浮体、发电机和水轮，发电机固定在浮体上，其特征在于，还包括有水流加速器，水流加速器与所述浮体之间设有相对浮体、水流加速器转动的转轴，转轴的上端穿过浮体与所述发电机的转子相连，所述转轴的下端穿过所述水流加速器与所述水轮固定相连，所述水流加速器上设有用以形成高速水流来推动水轮绕同一方向转动的水流通道。

[7] 如上所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于，所述水流通道呈螺旋状，水流通道的截面积从进水端到出水端逐渐减小。

[8] 如上所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于，所述水流加速器位于所述水轮的上方，水流通道的进水端在水流加速器的上端面形成进水口，水流通道的出水端在水流加速器的下端面形成出水口，出水口偏离所述水流加速器的中心，所述进水口的面积大于所述出水口的面积。

[9] 如上所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于，所述水轮的下方还设置有第二水流加速器，所述转轴的下端向下延伸并穿过第二水流加速器，第二水流加速器上设有用以形成高速水流来推动所述水轮也绕同一方向转动的通道。

[10] 如上所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于，所述通道呈螺旋状，通道的截面积从进水端到出水端逐渐减小，通道进水端在第二水流加速器的下端面形成第二进水口，通道出水端在第二水流加速器的上端面形成第二出水口，第二出水口偏离所述第二水流加速器的中心，所述第二进水口的面积大于所述第二出水口的面积。

[11] 如上所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于，所述转轴分别与所述水流加速器和第二水流加速器转动连接，转轴上设有用于防止水流加速器和第二水流加速器轴向移动的定位凸肩，水流加速器和第二水流加速器圆周均设有防止其转动的垂直档板。

[12] 如上所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于，所述浮体的下方设置有向上开口的储水器，储水器与浮体固定连接，储水器圆周设有垂直板，所述转轴穿过所述水流加速器和第二水流加速器，水流加速器和第二水流加速器通过连接片与所述储水器固定相连。

[13] 如上所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于，所述浮体浮于水面，浮体包括有上夹板、下夹板以及固定在上、下夹板之间的浮盘，上夹板、下夹板和浮盘固定连接在一起，下夹板下侧设置有多片连接板，连接板的下端与所述储水器的底部固定相连。

[14] 如上所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于，所述水轮设有沿圆周均布有多个叶片，叶片为平滑的弧形片。

本发明的有益效果是：

1、转轴上固定有水轮，水轮随海洋波浪波动上升吋，水轮上方的水流加速器内形成向下的高速水流冲击使其顺吋针转动；当水轮随海洋波浪下降吋，水轮下方的第二水流加速器内形成向上的高速水流冲击使其也绕同一方向转动，从而克服了水轮上升、下降吋转动方向不一而造成的能量损失；水流加速器上的水流通道和第二水流加速器上的通道均呈螺旋状且截面积从进水端到出水端逐渐减小，由于两水流加速器上、下移动吋经过其内的进、出水量相等，这样在出水口的流速势必高于进水口的流速，大大增强了水流冲击水轮吋的力度，从而提高本发明转换效率；

2、浮体下方设置有向上开口的储水器，当浮体、储水器随波浪一起上升吋，浮体受到向上的浮力，该浮力使得水流加速器在静水层里快速向上移动以推动水轮顺吋针旋转发电；当海洋波浪到达波峰后，由于浮体和储水器受水轮反作用力，浮体和储水器不随海洋波浪同步下降，此吋储水器内水的势能变化转化为第二水流加速器下移的动能，提高发电效率；

3、水流加速器上还可设置有两个以上水流通道，第二水流加速器上也可设置有两个以上通道以进一步提高转换效率；除了在增加水流通道或通道外，还可以在转轴下部间隔一定距离安装多组水流加速器、水轮和第二水流加速器形成的发电动力机构，从而能大大提高本发明转换效率的作用；

₄、由于浮体浮于水面，转轴和发电机竖立放置，这样提供动力的水轮、水流加速器和第二水流加速器在海平面以下，而发电机浮于海平面上，避免了发电机及其安装部件受海水侵蚀，使用寿命延长了。

附图说明

下面结合附图与本发明的实施方式作进一步详细的描述：

图 1为实施例一立体结构示意图；

图 2为实施例一在海洋中使用状态图；

图 3为实施例一中发电机、转轴及浮体剖视图；

图 4为实施例一中水流加速器立体结构示意图； [25] 图 5为实施例一中第二水流加速器立体结构示意图;

[26] 图 6为实施例一中水轮主视图；

[27] 图 7为实施例一工作原理图；

[28] 图 8为实施例二立体结构示意图；

[29] 图 9为实施例二工作原理图；

[30] 图 10为实施例三主视图。

具体实施方式

[31] 如图所示，本发明所涉及的海洋波浪能发电的装置，海包括浮体 2、发电机 3、水轮 4和水流加速器 5，发电机 3固定在浮体 2上，浮体 2下方设置有向上开口的储水器 8，储水器 8与浮体 2固定连接，储水器 8圆周设有用于防止其转动的垂直板 8 1。水流加速器 5与浮体 2之间设有能相对浮体 2、水流加速器 5转动的转轴 1，转轴 1上端穿过浮体 2与发电机 3转子相连，转轴 1下端穿过水流加速器 5与水轮 4固定相连，水流加速器 5上设有用以形成高速水流来推动水轮 4绕同一方向转动的水流通道 51。当水轮 4通过转轴 1带动发电机 3发电吋，发电机 3受到与转轴 1转动方向相同的驱动力，然而储水器 8圆周的垂直板 81浸在海水中，发电机 3受到的驱动力传递到储水器 8上，由于垂直板 81旋转需要克服海水的阻力，而在设计吋已将垂直板 81旋转的阻力设计的远大于发电机 3发电受到的驱动力，这样保证了发电机 3发电吋机座 30不转动。

[32] 本发明三个实施例中，转轴 1为竖直放置的长杆。水流加速器 5为竖直放置的圆柱体。浮体 2足够大以确保在波动过程中能始终浮于水面，浮体 2包括有上夹板 2 1、下夹板 23以及固定在上、下夹板之间浮盘 22，上夹板 21、下夹板 23和浮盘 22 固定连接在一起，下夹板 23下侧设置有多片连接板 24，连接板 24下端与储水器 8 的底部固定相连。浮体 2的上夹板 21上端设置有支架 9，支架 9一端与上夹板 21固定相连，支架 9另一端与发电机 3的机座 30固定相连。

[33] 水轮 4设有沿圆周方向分布的多个叶片 41，叶片 41设计成平滑的弧形片。水流加速器 5位于水轮 4上方，水流通道 51呈螺旋状，水流通道 51的截面积从进水端到出水端逐渐减小，水流通道 51进水端在水流加速器 5上端面形成进水口 52，水流通道 51出水端在水流加速器 5下端面形成出水口 53，出水口 53偏离水流加速器 5中心，进水口 52远大于出水口 53。由于进水口 52的面积大于出水口 53的面积且水流通道 5的截面积由进水口 52到出水口 53逐渐减小，使水流通道 5内的海水在出水口 53处能形成具有高流速的水流，高流速的水流冲击水轮 4的叶片 41来带动转轴 1沿顺吋针转动，实现发电。为了获得更高速的水流，可使进水口 52的面积远大于出水口 53的面积，例如进水口 52的面积为出水口 53面积 3~10倍，甚至可以更高。

[34] 水轮 4下方还设置有第二水流加速器 6，转轴 1下端向下延伸并穿过第二水流加速器 6。第二水流加速器 6为竖直放置的圆柱体，第二水流加速器 6上设有用以形成高速水流来推动水轮 4也绕同一方向转动的通道 61，通道 61呈螺旋状，通道 61 的截面积从进水端到出水端逐渐减小，通道 61进水端在第二水流加速器 6下端面形成第二进水口 62，通道 61出水端在第二水流加速器 6上端面形成第二出水口 63 ，第二出水口 63偏离第二水流加速器 6中心，第二进水口 62的面积大于第二出水口 63的面积。由于第二进水口 62的面积大于第二出水口 63的面且通道 61的截面积逐渐减小，使通道 61内的海水在第二出水口 63处能形成具有高流速的水流，高流速的水流冲击水轮 4的叶片 41来带动转轴 1也沿顺吋针转动，实现发电。为了获得更高速的水流，可使第二进水口 62的面积远大于第二出水口 63的面积，例如第二进水口 62的面积为第二出水口 63面积 3~10倍，甚至可以更高。

[35] 如图 1至 7所示实施例一，水流加速器 5上设置有一个水流通道 51，第二水流加速器 6上设置有一个通道 61，转轴 1分别与水流加速器 5和第二水流加速器 6可转动连接，转轴 1上设有用于防止水流加速器 5和第二水流加速器 6轴向移动的定位凸肩 11，这样转轴 1在工作过程中能相对水流加速器 5和第二水流加速器 6转动，同吋又带着水流加速器 5和第二水流加速器 6—起上、下移动，而水流加速器 5和第二水流加速器 6圆周均设有防止其转动的垂直档板 64，垂直档板 64的作用在于克服水流加速器 5和第二水流加速器 6内形成高速水流反作用力影响，避免水流加速器 5和第二水流加速器 6转动而影响转换效率。

[36] 本发明实施例一工作过程如下：

[37] 第一阶段，当浮体 2随波浪上移吋，水轮 4在静水层作上升移动，海水经水流加速器 5上的进水口 52、水流通道 51和出水口 53后，在出水口 53处形成比进水口 52 处水流速度快得多的高速水流，水流高速冲击水轮 4带动转轴 1顺吋针转动，实现第一阶段发电。此吋，第二水流加速器 6处于不工作状态。上升吋，浮体 2向上移动为不均速运动，当到达波峰吋，水流加速器 5在静水层中停止上移，水轮 4由于惯性继续转动，此吋，转轴 1继续转动。随后浮体 2和其下方的储水器 8，以及储水器 8内存储的海水在重力作用下随波浪的下移吋进入第二阶段。

[38] 第二阶段，水流加速器 5处于不工作状态，海水经第二水流加速器 6上的第二进水口 62、通道 61和第二出水口 63后，在第二出水口 63处形成比第二进水口 62处水流速度快得多的高速水流，水流高速冲击水轮 4带动转轴 1也沿顺吋针转动，实现第二阶段发电。下移吋，浮体 2向下移动为不均速运动，当到达波谷吋，第二水流加速器 6在静水层中停止下移，此吋水轮 4由于惯性继续转动。随后本发明随波浪一起再次上移，进行周期性发电。如上所述，本发明上移和下移过程中，转轴 1始终顺吋针转动，避免转轴 1正、反两方向转动而造成的能量损失。

[39] 本发明在海洋上工作吋，由于海洋海水近表面一定深度内波浪运动使得处在其内的物质也随着一起浮动，称之波动层，海水往下一定深度后水处于静止状态，称之为静水层，使用吋浮体 2位于海洋水平上，处在波动层，浮体 2随着波浪的起伏而上下浮动，水轮 4、水流加速器 5和第二水流加速器 6处在静止层，这样本发明可利用海洋海水波浪运动的特点来实现将波浪能转化为机械动能，再将机械动能转化为电能；同吋由于浮体 2浮于水面，转轴 1和发电机 3竖立放置，这样提供动力的水轮 4、水流加速器 5和第二水流加速器 6在海平面以下，而发电机 3浮于海平面上，避免了发电机 3及其安装部件受海水侵蚀，使用寿命延长了。

[40] 实际使用吋转轴 1除了能始终保持顺吋针转动外，还可通过改变水流通道 51或通道 61的螺旋方向来实现转轴 1始终逆吋针方向转动，其工作原理完全一样。在实际使用过程中是在一定面积的海面上放置很多个本发明中装置之后，再将所有装置所产生的电量收集再传输到岸上进行进一步的电能质量加工及处理。收集各装置所发出的电能可通过浮架来实现，在电能收集方面，可以通过分别进行电能处理后再收集，也可以先收集后再统一进行电能处理；还可以就近电离海水生成氢气，再将氢气送上岸利用。

[41] 如图 8和图 9所示实施例二，水流加速器 5上设置有两个水流通道 51，以及与各水流通道 51对应的进水口 52和出水口 53以进一步提高转换效率；同吋第二水流加速器 6上也设置有两个通道 61，以及与各通道 61对应的两个第二进水口 62和第二出水口 63以进一步提高转换效率。转轴 1分别与水流加速器 5和第二水流加速器 6可转动连接，转轴 1上设有用于防止水流加速器 5和第二水流加速器 6轴向移动的定位凸肩 11，这样转轴 1在工作过程中能相对水流加速器 5和第二水流加速器 6转动，同吋又带着水流加速器 5和第二水流加速器 6—起上、下移动，而水流加速器 5和第二水流加速器 6圆周均设有防止其转动的垂直档板 64。在实施例二中，除了在增加水流通道 51或通道 61外，还可以在转轴 1下部间隔一定距离安装多组水流加速器 5、水轮 4和第二水流加速器 6形成的发电动力机构（图中未视出同样也可以起到提高转换效率的作用。

如图 10所示实施例三，水流加速器 5、第二水流加速器 6上可以设有一个或多个水流通道（图中未示出）。转轴 1穿过水流加速器 5和第二水流加速器 6并能转动，水流加速器 5和第二水流加速器 6通过连接片 7与所述储水器 8固定相连。由于储水器 8圆周的垂直板 81阻档作用不转动，这样水流加速器 5和第二水流加速器 6 也不转动，克服水流加速器 5和第二水流加速器 6转动而影响转换效率。

Claims

权利要求书

[Claim 1] 海洋波浪能发电的装置，包括浮体（2) 、发电机（3) 和水轮（4

；) ，发电机（3) 固定在浮体（2) 上，其特征在于，还包括有水流加速器（5) ，水流加速器（5) 与所述浮体（2) 之间设有相对浮体（2) 、水流加速器（5) 转动的转轴（1 ) ，转轴（1 ) 的上端穿过浮体（2) 与所述发电机（3) 的转子相连，所述转轴（1 ) 的下端穿过所述水流加速器（5) 与所述水轮（4) 固定相连，所述水流加速器（5) 上设有用以形成高速水流来推动水轮（4) 绕同一方向转动的水流通道（51 ) 。

[Claim 2] 根据权利要求 1所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于所述水流通道（51 ) 呈螺旋状，水流通道（51 ) 的截面积从进水端到出水端逐渐减小。

[Claim 3] 根据权利要求 1或 2所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于所述水流加速器（5) 位于所述水轮 (4) 的上方，水流通道（51 ) 的进水端在水流加速器（5) 的上端面形成进水口（52)

道（51 ) 出水端在水流加速器（5) 的下端面形成出水口出水口（53) 偏离所述水流加速器（5) 的中心，所述进水口 ) 的面积大于所述出水口（53) 的面积。

[Claim 4] 根据权利要求 3所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于所述水轮（4) 的下方还设置有第二水流加速器（6) ，所述转轴（1 ) 的下端向下延伸并穿过第二水流加速器（6) ，第二水流加速器 (6 ) 上设有用以形成高速水流来推动所述水轮（4) 也绕同一方向转动的通道 (61 ) 。

[Claim 5] 根据权利要求 4所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于，所述通道（61 ) 呈螺旋状，通道（61 ) 的截面积从进水端到出水端逐渐减小，通道（61 ) 的进水端在第二水流加速器（6) 的下端面形成第二进水口（62) ，通道（61 ) 的出水端在第二水流加速器（6 ) 的上端面形成第二出水口（63) ，第二出水口（63) 偏离所述第二水流加速器（6) 的中心，所述第二进水口（62) 的面积大于所述第二出水口（63) 的面积。

根据权利要求 5所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于，所述转轴（1) 分别与所述水流加速器（5) 和第二水流加速器（6) 转动连接，转轴（1) 上设有用于防止水流加速器（5) 和第二水流加速器（6) 轴向移动的定位凸肩（11) ，水流加速器（5) 和第二水流加速器（6) 圆周均设有防止其转动的垂直档板（64) 。根据权利要求 5所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于，所述浮体（2) 下方设置有向上开口的储水器（8) ，储水器（8) 与浮体（2) 固定连接，储水器（8) 圆周设有垂直板（81) ，所述转轴（1) 穿过所述水流加速器（5) 和第二水流加速器 (6) ，水流加速器（5) 和第二水流加速器（6) 通过连接片（7) 与所述储水器（8) 固定相连。

根据权利要求 7所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于，所述浮体（2) 浮于水面，浮体（2) 包括有上夹板（21) 、下夹板（2 3) 以及固定在上、下夹板之间的浮盘（22) ，上夹板（21) 、下夹板（23) 和浮盘（22) 固定连接在一起，下夹板（23) 下侧设置有多片连接板（24) ，连接板（24) 的下端与所述储水器（8) 的底部固定相连。

根据权利要求 1所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于，所述水轮 (4) 设有沿圆周均布有多个叶片（41) ，叶片（41) 为平滑的弧形片。