专利名称：利用潮汐涨、落潮的双向发电系统的制作方法
利用潮汐涨、落潮的双向发电系统
技术领域：
本发明涉及海水发电技术，特别是涉及一种资源丰富，成本低廉，无 燃料消耗，无污染的利用海水潮沙涨、落潮的双向发电系统。
背景技术：
海洋是地球的重要组成部分，占地球表面的3/4，其蕴藏着丰富的资源 和巨大的能量，潮沙能即为海水能量的主要表现形式。海水由于引潮力的 作用，而不断地涨潮、落潮。涨潮时由动能转化为势能，落潮时则由势能 转化为动能，海水的这种在运动时所具有的动能和势能即为潮汐能。
潮汐能早已为人们利用作为重要的海水发电资源。传统的潮汐发电是 在海湾或有潮汐的河口建筑拦水堤坝而形成水库，并在坝中或坝旁设置水 轮发电机组，利用潮汐涨落时海水水位的升降，使海水通过水轮机时推动 水轮发电机组发电。这种传统的潮汐能发电方式类似于传统的通过构筑水 坝形成水位落差的水力发电方式，其具有明显的局限性， 一是由于构筑水 坝受地形等条件所限难以形成大规模的发电容量。其次，如要实现涨潮、 落潮时的双向发电，需构筑两个水库，这同样受限于水坝受地形等条件。 此外，传统的潮沙能发电方式中，其水轮发电机组体积较大，且需固定建 造于坝中或坝旁，因此只能在特定的环境下才能建造和使用。
我国及全球范围的潮沙能资源十分丰富，如何摆脱地形等环境因素的 束缚，而能够灵活地在所有具备潮汐能资源的海域实现潮汐能发电，就成 为摆在我们面前的急需解决的重要课题。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，而提供一种不受海边地形限制，适用于任 何具有潮汐能资源的海域，可实现涨潮、落潮的双向发电，发电容量可任 意配制，发电成本低廉，无燃料消耗，无污染的利用海水潮汐涨、落潮的 双向发电系统。
为实现上述目的，本发明提供一种利用海水潮汐涨、落潮的双向发电
系统，它包括
一个置于海面上可随海水涨、退潮上下移动，并可充入或;^文出海水的 浮动式容器；
对所述容器充、放海水的充、放水装置； 对所述容器进行定位和引导其上下移动的定位装置；及 与所述容器相连的发电装置，其中，
所述充、放水装置设于容器上，容器则活动地装设于所述定位装置上， 容器在涨潮时在排空状态下由涨潮海水托浮上行，到达涨潮高点时注入海 水，并可与落潮海水同步下行或滞后下行，容器在上行和下行的双向过程 中带动发电装置发电。
容器为内部中空的密闭的箱式或平台式浮体，其贮水时重量为千吨级 以上。
在容器靠近边缘处设有至少三个上下贯通，且与容器密封连接的定位 孔，在容器顶部和底部位于每个定位孔两侧各设有一组与定位装置滚动接 触的侧滑轮，在容器的侧面设有至少一个出、入水口。
在容器上的至少一个出、入水口处设有至少一个充、放水装置。 充、放水装置包括闸板及第一齿轮齿条机构，其中，闸板活动地置于 容器出、入水口的内侧，其上端由容器顶部伸出；第一齿轮齿条机构的第 一齿条装在闸板的内侧，与第一齿条啮合的齿轮装在与容器侧壁连接的齿 轮轴上，齿轮轴则与电机连接。定位装置包括至少三根直立的定位柱，它们间隔设置于容器的近边缘 处，该定位柱的下端固定于海底，其柱体穿置于容器上，并使容器可沿定 ^立柱上下移动。
发电装置可以是单组或多组，每组发电装置包括一根立柱， 一个或一 个以上第二齿轮齿条机构、第一变速机构及第一发电机，其中，立柱穿置
于容器的中部，其下端固定于海底；第二齿轮齿条机构分别设置在容器顶 部及立柱上；第一变速机构的输入端和输出端分别与第二齿轮齿条机构及 第 一发电机相连接，多组发电装置的输出端并联至同 一输出电缆。
每个第二齿轮齿条机构包括第二齿条及第一主动齿轮，其中，第二齿
条沿轴向固定在立柱的外侧，与第二齿条啮合的第一主动齿轮装在第一变 速箱上，第一变速箱内设有多级变速的第一变速机构，该变速机构的输出 端与第一发电机连接。
在本发明的另一方案中，发电装置可以是单组或多组，每组发电装置 包括驱动臂、驱动臂后支架、驱动臂前支架、第三齿轮齿条机构、第二变 速机构及第二发电机，其中，驱动臂后支架下端固定于容器顶部，上端与 驱动臂末端可转动连接；驱动臂前支架固定于远离容器的海滩或岸边；驱 动臂的末端与驱动臂后支架可转动连接，驱动臂前部与驱动臂前支架可转 动连接；第三齿轮齿条机构分别置于驱动臂及第二变速箱上，并与装在支 架顶部的第二变速箱内的第二变速机构连接，该变速机构的输出端与第二 发电机连接，多组发电装置的输出端并联至同一输出电缆。
每个第三齿轮齿条机构包括第三齿条及第二主动齿轮，其中，第三齿 条为弧形齿条，它与驱动臂基本垂直地设置在驱动臂的前端部，与第三齿 条相啮合的第二主动齿轮装在第二变速箱上，第二变速箱内设有多级变速 的第二变速机构，该变速机构的输出端与第二发电机连接。
在发电装置上连接有电磁离合器，该电磁离合器装在第一发电机或第 二发电^L的主轴上。本发明的贡献在于，它解决了如何更有效地，更充分地利用潮汐能资 源发电的问题。本发明的发电装置不受海边地形限制，无须构筑拦水堤坝 和水库，可设置在任何具有潮沙能资源的海域，因而可充分利用全球范围 内的海洋潮汐资源，并可大量节约发电用的煤炭等有限的资源。本发明巧 妙利用了海水涨潮和退潮时的动能和势能，实现了涨潮、落潮的双向发电。 由于本发明的浮动式容器的大小和容积可无限扩展，使得发电容量可任意 配制，可由多个发电机组同时发电，因而可大大提高发电效率。由于潮汐 能是一种天然资源，因此本发明的装置发电成本低廉，无燃料消耗，无污 染，其大规^莫应用将有效緩解电力能源的状况。
图1是在退潮状态下本发明的实施例1结构示意图，其中，图1A为退
潮时整体结构示意图，图1B为退潮到位时整体结构示意图，图1C为充、 放水装置局部放大示意图，图1D为发电装置局部放大示意图，图1E为图 1A的俯^L图。
图2是在涨潮状态下本发明的实施例1结构示意图，其中，图2A为涨 潮时整体结构示意图，图2B为涨潮到位时注水状态整体结构示意图，图2C 为涨潮到位时注水完成状态整体结构示意图，图2D为涨潮结束、退潮开始 时整体结构示意图。
图3是在退潮状态下本发明的实施例2结构示意图，其中，图3A为退 潮时整体结构示意图，图3B为涨潮时整体结构示意图，图3C为涨潮到位 时注水状态整体结构示意图，图3D为图3A的俯视图。
图4是本发明的电磁离合器结构示意图，其中图4A为电磁离合器制动 状态示意图，图4B为电磁离合器非制动状态示意图。
具体实施方式
下列实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。
实施例1
参阅图1、图2,图1A~图1E，图2A~图2D中的C为海水，D为海底。 本发明的利用潮汐涨、落潮的双向发电系统包括容器10、充、放水装置20、 定位装置30及发电装置40。所述容器10是由不锈钢板焊接而成的内部中 空的密闭容器，它是一种浮于海面上，可随海水涨、退潮上下移动的千吨 级以上，最好为万吨级的箱式浮体，也可以是一种更大型的供多机组联合 发电的平台式浮体。该容器10由顶板11、底板12及侧板13密封连接而成， 形成纵截面为矩形或椭圆形的容器，很显然，该容器的周边形状可以是圓 形、矩形或其它形状，而不应受到限制，且容器的大小可根据发电容量而 任意扩展。在图1A 图1E所示的实施例中，该容器IO是整体呈长方体形 的容器(见图1A、图1E),在容器10的靠近四个角处各设有一个用于穿置 定位装置30用的上下贯通的定位孔14，该定位孔可以是圆形或方形，它由 竖向设置于容器中，并与容器10焊接固定的不锈钢管而形成。在容器10 顶部和底部位于每个定位孔14两侧各设有一组侧滑4仑15，每组侧滑轮包括 对称设置的四个滑轮151，该侧滑轮与定位装置30滚动接触，使得容器IO 不会因摇摆而与定位装置相互卡死。如图1A、图1E,在容器10的侧面设 有两个出、入水口 131,该出、入水口是在容器10的侧板13的中下部开设 窗口或缺口而形成。
图1C中，在容器IO上的两个出、入水口 131处各设有一个充、放水 装置20，该充、放水装置20包括闸板21、第一齿轮齿条机构22及电机23， 所述闸板21是宽度大于出、入水口 131，高度大于容器侧板13高度的板状 体，它活动地置于容器出、入水口131的内侧，其与容器10的接触部位镶 嵌有密封条，闸板21上端由容器IO顶部伸出。如图1D,所述第一齿轮齿条机构22由第一齿条221和齿轮222构成，该第一齿条221沿竖直方向固 定在闸板21的内侧靠中上部。与第一齿条啮合的齿轮222装在穿置于容器 10侧壁上的齿轮轴223上，齿轮轴则与可正反转的电机23连接。当容器 IO到达退潮时的低点时，可启动电机23带动齿轮222转动，齿轮222则推 动第一齿条221向上移动，打开出、入水口 131将水排空，水排空则电机 反转将出、入水口 131关闭；当容器IO运行到涨潮时的高点时，则通过充、 放水装置20打开出、入水口 131将海水注入容器10,以使容器10在重力 作用下下行发电。
再如图1C所示，所述容器10活动地装设于述定位装置30上，该定位 装置为多根定位柱，定位柱的横截面形状是与容器10上的定位孔14形状 相对应的圓形或方形，最好为方形，定位柱的直径或最大外围尺寸略小于 容器10上的定位孔14的直径或周边尺寸，使得容器10可在定位柱上上下 滑动。在容器10的周边形状(即横截面形状)为圆形的情况下，该定位装 置包括至少三个直立的定位柱30，它们穿置在沿容器10的圆周方向等间距 设置的定位孔14中；如图1E,在容器为长方体形的情况下，则在容器10 靠近四个角处的定位孔14中各穿置一个定位柱30,该定位柱的下端固定于 海底，其柱体穿过容器10上的定位孔14，并使容器10可沿定位柱上下移 动。
如图1A 图1E所示，在容器IO上设有发电装置40，该发电装置是通 过潮汐的涨落使容器10上下运动带动发电机组发电的机械增速式发电装 置，它可以是单组或多组。本实施例中，每组发电装置包括一根立柱41， 两个第二齿轮齿条机构42、第一变速机构43及第一发电机44,在图1D及 图1E中可见，所述立柱41是横截面为圓形或方形的柱状体，它穿置于容 器10中部的立柱孔16中，其下端固定于海底。立柱孔结构同定位孔14， 立柱41的直径或外围尺寸大于立柱孔16的直径或周边尺寸，使得容器10 可沿立柱41上下移动。每个第二齿轮齿条机构包括一个第二齿条421及与之啮合的第一主动齿轮422,本实施例中的两个第二齿条421沿轴向对称固 定在立柱41的外侧，两个第一主动齿轮422分别装在两个第一变速箱423 上，第一主动齿轮422的齿轮轴装在箱体内，该主动齿轮的部分轮齿伸出 于第一变速箱423之外。每个第一变速箱内设有一个可多级变速的第一变 速机构43，该第一变速机构为多级齿轮变速机构，其变速级数及参数可才艮 据发电容量设计，或选用适用的常规齿轮变速机构。两个第一变速机构的 输出端分别与两个第一发电机44连接。很显然，所述第二齿轮齿条机构42、 第一变速机构43及第一发电机44的外部可设置一密封壳(图中未示出)， 以防海水进入。图1E中示出了三组独立发电的发电装置40，但其仅为示意 而并不局限于此。实际上，由于本发明中，容器10的大小不受限制，因此 其上可设置多组发电装置40,多组发电装置的输出端并联至同一输出电缆 45,电缆45则连接至位于海岸上的配电房46。
图1、图2分别示出了本发明的双向发电系统在海水涨、退潮状态下的 工作状态。
首先参阅图1B，当海水退潮到低点时，可启动充、；故水装置20的电才几 23，由其带动齿轮222转动，齿轮222则推动第一齿条221向上移动，打 开容器10的出、入水口 131将水排空，水排空后电机反转将出、入水口 131 关闭，水排空后的状态如图1A所示。
如图2A所示，涨潮时，容器10在排空状态下由涨潮海水托浮上行， 在容器10上升过程中，固定在容器顶部的第一主动齿轮422与固定在立柱 41上的第二齿条421相互啮合，并与容器10同步向上运行。第一主动齿轮 在向上移动的同时被固定不动的第二齿条421推动而转动，因此带动能够 多级变速的第一变速机构43逐级增速，当增速到最后一级时便达到发电所 需的转速，并带动第一发电机44开始发电，第一发电机44所产生的电流 经电缆45输送到配电房46。
如图2B所示，当容器10运行到涨潮时的高点时，可启动充、放水装置20的电机23,由其带动齿轮222转动，齿轮222则推动第一齿条221向 上移动，打开容器10的出、入水口 131将海水注入容器10，当容器10内 充入约80%容积的海水时，可控制电机23反转将出、入水口 131关闭，出、 入水口关闭后状态如图2C所示。容器10在注水后重量大幅增加，为其进 行重力发电提供了条件。
在退潮过程中，本发明的系统可以两种方式发电，其一是使容器10与 退潮海水同步落下而发电，其二是在容器10中充入海水后使其滞后下行， 靠自身重力下落而发电，第二种方式如图2D所示，通过图1D及图4所示 的电磁离合器50可使容器10停留在涨潮时的高点，然后再通过其自身重 力下落而发电，此种方式可控制容器10下落的速度和发电量。退潮时的发 电过程如上所述。
所述电磁离合器50结构如图4所示，该电磁离合器装在第一发电机44 或第二发电才几410的主轴441、 411上，其结构如图4A、图4B所示，该电 磁离合器包括电》兹线圈51、离合盘52。如图4B，当电磁线圏51断电时， 离合盘52与之相分离，第一发电机44或第二发电才几410可正常运转。如 图4A，当电磁线圏51通电时，离合盘52与之相吸合，第一发电机44或第 二发电机410的主轴停止转动，并使得发电装置40停止运行，因而使容器 10可停留在涨潮时的高点而滞后下行。
实施例2
本发明的利用潮汐涨、落潮的双向发电系统中，发电装置也可通过另 一方案来实现。
同实施例l,发电装置40可以是单组，也可以是多组，图3D示出了两 组发电装置。如图3A 图3C所示，每组发电装置包括驱动臂45、驱动臂 后支架46、驱动臂前支架47、第三齿轮齿条机构48、第二变速机构49及 第二发电机410，所述驱动臂后支架46为直杆式或三角支架，本例中，后 支架46为三角支架，其下端固定于容器10顶部，其上端固接有与驱动臂45可转动连接的横杆461。驱动臂前支架47是起承重作用的支撑体，它固 定于远离容器10的海滩或岸边，该前支架可以是钢支架或水泥筑成的支架， 在其上端设有横向轴孔。所述驱动臂45呈横向设置，其末端沿长度方向设 有用于调整安装位置的条状滑孔"1，驱动臂上与所述驱动臂前支架47对 应的位置设有横向轴孔。驱动臂后支架上端的横杆461活动地穿置于驱动 臂45的条状滑孔451内，形成可转动连接，使驱动臂45可绕横杆461转 动。驱动臂前部可转动地装在固定于驱动臂前支架47上的横向轴孔内的固 定轴452上，与驱动臂前支架47形成可转动连接。所述第三齿轮齿条机构 48包括第三齿条481及第二主动齿轮482,所述第三齿条481为弧形齿条， 它与驱动臂45基本垂直地设置在驱动臂的前端部，它可与驱动臂一体形成， 用于驱动第二主动齿轮482转动。与第三齿条相啮合的第二主动齿轮482 装在第二变速箱491上，第二主动齿轮的轮轴装在第二变速箱491内，第 二主动齿轮的部分轮齿伸出于第二变速箱外。第二变速箱内设有多级变速 的第二变速机构49,该第二变速机构为多级齿轮变速机构，其输出端与第 二发电机410连接。所述第二变速箱491与驱动臂的第三齿条481相对地 设置在支架420顶部，支架420则固定在第三齿条481的外侧。多组发电 装置40的输出端并联至同一输出电缆45。电缆45则连接至配电房46。
图3A、图3B示出了实施例2所述发电装置40在海水涨、退潮状态下 的工作状态。
首先如图3A所示，涨潮时，容器10在排空状态下由涨潮海水托浮上 行，在容器10上升过程中通过驱动臂后支架46对驱动臂45末端产生向上 的推力，驱动臂45末端受力后逐渐向上抬起，其前端则以前支架47上的 固定轴452为支点向下转动，驱动臂转动时由其前端的第三齿条481推动 第二主动齿轮482转动，并通过第二变速机构49带动第二发电机410发电。 图3B示出了容器IO上升至涨潮高点时的状态。
如图3C,当容器10运行到涨潮时的高点时，可通过充、放水装置20向容器10内充入海水，并通过使容器10与退潮海水同步落下而发电，或 使充入海水的容器IO滞后下行，靠自身重力下落而发电。其过程同实施例 1。
权利要求
1、一种利用潮汐涨、落潮的双向发电系统，其特征在于，它包括一个置于海面上可随海水涨、退潮上下移动，并可充入或放出海水的浮动式容器(10)；对所述容器(10)充、放海水的充、放水装置(20)；对所述容器(10)进行定位和引导其上下移动的定位装置(30)；及与所述容器(10)相连的发电装置(40)，其中，所述充、放水装置(20)设于容器(10)上，容器(10)则活动地装设于所述定位装置(30)上，容器(10)在涨潮时在排空状态下由涨潮海水托浮上行，到达涨潮高点时注入海水，并可与落潮海水同步下行或滞后下行，容器(10)在上行和下行的双向过程中带动发电装置(40)发电。
2、 如权利要求1所述的利用潮汐涨、落潮的双向发电系统，其特征在 于，所述容器(10)为内部中空的密闭的箱式或平台式浮体，其贮水时重 量为千吨级以上。
3、 如权利要求2所述的利用潮汐涨、落潮的双向发电系统，其特征在 于，在容器(10)靠近边缘处设有至少三个上下贯通，且与容器(10)密 封连接的定位孔(14 ),在容器(10 )顶部和底部位于每个定位孔(14 )两 侧各设有一组与定位装置(30)滚动接触的侧滑轮(15)，在容器(10)的 侧面设有至少一个出、入水口 (131)。
4、 如权利要求3所述的利用潮汐涨、落潮的双向发电系统，其特征在 于，在容器(10)上的至少一个出、入水口 (131)处设有至少一个充、放 水装置(20)。
5、 如权利要求4所述的利用潮汐涨、落潮的双向发电系统，其特征在 于，所述充、放水装置(20)包括闸板(21)及第一齿轮齿条机构(22)， 其中，闸板(21)活动地置于容器出、入水口 (131)的内侧，其上端由容器(10)顶部伸出；第一齿轮齿条机构(22)的第一齿条(221)装在闸板 (21)的内侧，与第一齿条啮合的齿轮(222 )装在与容器(10)侧壁连接 的齿轮轴上，齿轮轴则与电机(23)连接。
6、 如权利要求1所述的利用潮汐涨、落潮的双向发电系统，其特征在 于，所述定位装置(30)包括至少三根直立的定位柱(31)，它们间隔设置 于容器(10)的近边缘处，该定位柱的下端固定于海底，其柱体穿置于容 器(10)上，并使容器(10)可沿定位柱上下移动。
7、 如权利要求1所述的利用潮汐涨、落潮的双向发电系统，其特征在 于，所述发电装置(40)可以是单组或多组，每组发电装置包括一根立柱(41), 一个或一个以上第二齿轮齿条机构(4"、第一变速机构(43)及 第一发电机(44),其中，立柱(")穿置于容器(10)的中部，其下端固 定于海底；第二齿轮齿条机构(42 )分别设置在容器(10 )顶部及立柱(41) 上；第一变速机构(43)的输入端和输出端分别与第二齿轮齿条机构(42) 及第一发电机(44)相连接，多组发电装置(40)的输出端并联至同一输 出电缆。
8、 如权利要求7所述的利用潮汐涨、落潮的双向发电系统，其特征在 于，每个第二齿轮齿条机构包括第二齿条(421)及第一主动齿轮(422 ), 其中，第二齿条(421)沿轴向固定在立柱(41)的外侧，与第二齿条(421) 啮合的第一主动齿轮(422 )装在第一变速箱(423 )上，第一变速箱内设 有多级变速的第一变速机构(43 )，该变速机构的输出端与第一发电机(44 ) 连接。
9、 如权利要求1所述的利用潮沙涨、落潮的双向发电系统，其特征在 于，所述发电装置(40 )可以是单组或多组，每组发电装置包括驱动臂(45 )、 驱动臂后支架(46)、驱动臂前支架(47)、第三齿轮齿条机构(48)、第二 变速机构(49)及第二发电机(410)，其中，驱动臂后支架(46)下端固 定于容器(10)顶部，上端与驱动臂(45)末端可转动连接；驱动臂前支架(47)固定于远离容器(10)的海滩或岸边；驱动臂(45)的末端与驱 动臂后支架(46)可转动连接，驱动臂前部与驱动臂前支架(47)可转动 连接；第三齿轮齿条机构(48 )分别置于驱动臂(45 )及第二变速箱(491) 上，并与装在支架(420 )顶部的第二变速箱内的第二变速机构H9)连接， 该变速机构的输出端与第二发电机(410)连接，多组发电装置(40)的输 出端并联至同一输出电缆。
10、 如权利要求9所述的利用潮沙涨、落潮的双向发电系统，其特征 在于，每个第三齿轮齿条机构(48)包括第三齿条(481)及第二主动齿轮(482 )，其中，第三齿条(481)为弧形齿条，它与驱动臂(45)基本垂直 地设置在驱动臂的前端部，与第三齿条相啮合的第二主动齿轮(482 )装在 第二变速箱(491)上，第二变速箱内设有多级变速的第二变速机构(49)， 该变速机构的输出端与第二发电机(410)连接。
11、 如权利要求7或9所述的利用潮沙涨、落潮的双向发电系统，其 特征在于，在发电装置(40)上连接有电磁离合器(50),该电磁离合器装 在第一发电机(")或第二发电机(410)的主轴上。
全文摘要
一种利用潮汐涨、落潮的双向发电系统，它包括一个置于海面上可随海水涨、退潮上下移动，并可充入或放出海水的浮动式容器(10)；对所述容器(10)充、放海水的充、放水装置(20)；对所述容器(10)进行定位和引导其上下移动的定位装置(30)；及与所述容器(10)相连的发电装置(40)。充、放水装置(20)设于容器(10)上，容器(10)则活动地装设于所述定位装置(30)上，容器(10)在涨潮时在排空状态下由涨潮海水托浮上行，到达涨潮高点时注入海水，并可与落潮海水同步下行或滞后下行，容器(10)在上行和下行的双向过程中带动发电装置(40)发电。
文档编号F03B13/26GK101302989SQ200810068208
公开日2008年11月12日 申请日期2008年6月30日 优先权日2008年6月30日
发明者余家红 申请人:深圳市红门科技股份有限公司