本实用新型属于可再生能源利用技术领域，具体的说，是涉及一种利用波浪能转化为电能的机械装置，充分利用波浪的往复运动对机械进行反复充能，从而达到发电的目的。
背景技术：
随着社会经济的不断发展，传统化石能源的消耗日益增加。为了解决当前传统化石能源供应在社会发展中的高消耗及对环境的污染与破坏问题，寻找可替代、可再生及清洁的新型能源成为全球各个国家当前共同的目标。波浪能作为一种清洁、可再生能源，已经成为各国争相研究并初步加以利用的新型能源。我国幅员辽阔、海岸线纵长，具有巨大的波浪能开发潜力。全球有经济价值的波浪能开采量估计为1-10亿KW，中国波浪能的理论储量为7000万KW左右，沿海波浪能流密度大约为每米2kW～7kW，波浪能开发潜力巨大。而我国在波浪能的研究中，已经取得了一定的突破并加以利用。
虽然我国在波浪能的研究与开发利用已经取得了一定的成果，但是仍然存在一些不可忽视的问题，如发电效率与稳定性偏低，生存可靠性差及运作成本高。目前的波浪能发电装置主要应用于近岸地区，并配置大型复杂的发电机组，而大型发电机组结构复杂，对于海区地形要求严格，制造费用高昂。因此，亟需开发一种集高效率、高适用性和高可靠性为一体，建造底成本的小型起伏式波能发电装置，能够适用于多种海区条件下的不同海况，以便高效、连续、稳定的开发海洋波浪能。然而，目前国内对于小型波浪能发电装置的实用化仍然有一定差距。
技术实现要素：
针对大型波浪能发电装置的弊端，本实用新型提供了一种潜浮压缩式波能发电装置，该装置结构小巧、简单便携，可以同时实用于深海与近岸地形，并且适用于阵列化布置组成电站，大大节约了制造及维护费用，能够有效降低海上作业的难度与成本。
本实用新型通过以下的技术方案予以实现：
一种潜浮压缩式波能发电装置，包括空心浮力舱(1)，所述空心浮力舱(1)下部通过伸缩气囊(2)连接水下潜浮基座(3)，所述伸缩气囊(2)与所述空心浮力舱(1)、所述水下潜浮基座(3)分别密封连接，所述水下潜浮基座(3)底部通过锚链4与水底或水下平台相连；
所述伸缩气囊(2)包括网状囊体(201)和网状囊体(201)围成的气囊腔室(202)，所述网状囊体(201)内部分隔为层叠排列的多个环形网格单元，多个环形网格单元彼此透气相通；所述网状囊体(201)与气囊腔室(202)透气相通；
所述水下潜浮基座(3)内部由第一隔板(5)和第二隔板(6)分隔为三段空间，所述水下潜浮基座(3)顶面与所述第一隔板(5)之间为第一机箱(7)，所述第一隔板(5)和所述第二隔板(6)之间为第二机箱(8)，所述第二隔板(6)与所述水下潜浮基座(3)底面之间的空间用于放置填充物(9)；
所述水下潜浮基座(3)顶面中心设置有第一进气孔(10)，所述第一进气孔(10)密封连接有设置在所述第一机箱(7)内的第一进气管(11)，从而将所述伸缩气囊(2)的气囊腔室(202)与所述第一进气管(11)连通；所述第一进气管(11)顶部通过轴承固定于所述水下潜浮基座(3)顶面，底部与带孔齿轮转子(14)固定连接；
所述第一隔板(5)中心设置有第二进气孔(12)，所述第二进气孔(12)密封连接有设置在所述第一机箱(7)内的第二进气管(13)，从而将所述第二机箱(8)与所述第二进气管(13)连通；所述第二进气管(13)顶部与所述带孔齿轮转子(14)固定连接，底部通过轴承固定于所述第一隔板(5)；
所述带孔齿轮转子(14)包括水平设置的轮体(1401)，所述轮体(1401)的轮缘上下两端分别设置有轮齿(1402)，所述轮体(1401)内部的中心设置有阀孔(1403)，所述阀孔(1403)上部与设置在所述轮体(1401)上表面的第一进气口(1404)连通，所述阀孔(1403)下部与设置在所述轮体(1401)下表面的第二进气口(1405)连通；所述第一进气口(1404)通过所述第一进气管(11)与所述第一进气孔(10)连接，所述第二进气口(1405)通过所述第二进气管(13)与所述第二进气孔(12)密封连接；所述轮体(1401)内设置有四条由所述阀孔(1403)连通至所述轮体(1401)轮缘的排气甬道(1406)，四条所述排气甬道(1406)完全相同并在同一水平面均匀布置，且均为在水平上保持沿同一旋转方向的圆弧形；所述阀孔(1403)内设置有导气阀(1407)，所述导气阀(1407)包 括阀盖(1408)和对称设置于所述阀盖(1408)上部和下部的阀臂(1409)，上部和下部的所述阀臂(1409)分别伸入至所述第一进气口(1404)和所述第二进气口(1405)；所述阀盖(1408)可在关闭所述第一进气口(1404)的同时开通所述第二进气口(1405)，或者在关闭所述第二进气口(1405)的同时开通所述第一进气口(1404)；
所述带孔齿轮转子(14)以其上下两端的所述轮齿(1402)分别与两个水平设置的被动齿轮(15)啮合，两个所述被动齿轮(15)由齿轮轴(16)连接，所述齿轮轴(16)通过轴承固定于所述水下潜浮基座(3)，同时所述齿轮轴(16)与所述发电机组(17)的传动轴相连，所述发电机组(17)固定安装于所述第一隔板(5)上；两个所述被动齿轮(15)、所述齿轮轴(16)和所述发电机组(17)均布置在第一机箱(7)内部；
所述水下潜浮基座(3)的顶板边部设置有圆周均布的所述第一排气孔(18)，每个所述第一排气孔(18)上安装有第一单向阀(19)，所述第一单向阀(19)实现在压差作用下所述第一机箱(7)内部空气向所述伸缩气囊(2)的所述网状囊体(201)内部单向流动；
所述第一隔板(5)的边部设置有圆周均布的所述第二排气孔(20)，每个所述第二排气孔(20)上安装有第二单向阀(21)，所述第二单向阀(21)实现在压差作用下所述第一机箱(7)内部空气向所述第二机箱(8)内部单向流动。
其中，所述空心浮力舱外部封闭、内部中空，其通过气阀(101)调节浮力。
其中，所述带孔齿轮转子(14)直径大于所述被动齿轮(15)直径。
其中，所述第一单向阀(19)包括设置在第一排气孔(18)上方的第一排气孔盖(1901)，所述第一排气孔盖(1901)下部连接有第一丁字杆件(1902)，所述第一丁字杆件(1902)的垂直杆件部分穿过所述第一排气孔(18)且其水平杆件部分位于所述第一排气孔(18)下方，同时所述第一排气孔盖(1901)与所述第一丁字杆件(1902)的水平杆件之间设置有套装在所述第一丁字杆件(1902)垂直杆件上的第一弹簧(1903)。
其中，所述第二单向阀(21)包括设置在所述第二排气孔(20)上方的第一排气孔盖(2101)，所述第二排气孔盖(2101)上部连接有第二丁字杆件(2102)，所述第二丁字杆件(2102)的垂直杆件部分穿过所述第二排气孔(20)且其水平杆件部分位于所述第二排气孔(20)上方，同时所述第二排气孔盖(2101)与所述第二丁字杆件(2102)的水平杆件之间设置有套装在所述第二丁字杆件(2102)垂直杆件上的第二弹簧(2103)。
本实用新型的有益效果是：
(一)本实用新型利用伸缩气囊中的气流运动驱动带孔齿轮转子旋转，带孔齿轮转子旋转带动发电机组发电，动力传导结构简洁，运动部件衔接紧凑，不会因较多的传动部件润滑问题，引发漏油污染；
(二)本实用新型利用波浪的起伏能量，依靠空心浮力舱、伸缩气囊、水下潜浮基座形成的伸缩运动，实现了波浪的往复运动对机械结构进行反复充能，并且整个运动过程中都充分利用了清洁型能源波浪能对电能的转化；
(三)本实用新型提出了一种新的动能转化部件，即带孔齿轮转子，该部件结合了转子与齿轮的特性，提高了齿轮转动的稳定性；并且该部件由于在上下两端同时具有轮齿，也增加了动能转化效率；
(四)本实用新型整体采用全封闭式外壳，封闭的空心浮力舱、伸缩气囊、水下潜浮基座，使装置整体具有防海水腐蚀特性，能够延长装置使用寿命，提高装置工作稳定性能；
(五)本实用新型对投放环境适应性较强，不仅可在深海区使用，也可配置于近岸附近，尺度可随使用环境进行系列设计，具有方便运输和允许回收的特点，即便遇到极端天气情况也不容易损坏；
(六)本实用新型不仅可进行密集阵列化布置，也可进行单个独立化化配置，属于高效利用海区内波能发电的装置之一。
附图说明
图1是本实用新型的潜浮压缩式波能发电装置的外观示意图；
图2是本实用新型的潜浮压缩式波能发电装置的垂直剖面图；
图3是本实用新型的水下潜浮基座的垂直剖面图；
图4是本实用新型的带孔齿轮转子的垂直剖面图；
图5是本实用新型的带孔齿轮转子的水平剖面图；
图6是本实用新型的带孔齿轮转子和被动齿轮的啮合示意图；
图7是本实用新型的第一单向阀的结构示意图；
图8是本实用新型的第二单向阀的结构示意图。
其中：1.空心浮力舱，101.气阀，2.伸缩气囊，201.网状囊体，202.气囊腔室， 3.水下潜浮基座，4.锚链，5.第一隔板，6.第二隔板，7.第一机箱，8.第二机箱，9.填充物，10.第一进气孔，11.第一进气管，12.第二进气孔，13.第二进气管，14.带孔齿轮转子，1401.轮体，1402.轮齿，1403.阀孔，1404.第一进气口，1405.第二进气口，1406.排气甬道，1407.导气阀，1408.阀盖，1409.阀臂，15.被动齿轮，16.齿轮轴，17.发电机组，18.第一排气孔，19.第一单向阀，1901.第一排气孔盖，1902.第一丁字杆件，1903.第一弹簧，20.第二排气孔，21.第二单向阀，2101.第二排气孔盖，2102.第二丁字杆件，2103.第二弹簧。
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如图1和图2所示，本实施例提供了一种潜浮压缩式波能发电装置，该装置外观部分主要包括空心浮力舱1、伸缩气囊2、水下潜浮基座3、锚链4。伸缩气囊2上部与空心浮力舱1密封连接，伸缩气囊2下部与水下潜浮基座3密封连接，水下潜浮基座3底部通过锚链4与水底或水下平台相连。
空心浮力舱1采用外部封闭、内部中空的浮子结构，其形状可以为空心球体、空心椭球体、空心球冠体等适于漂浮的形体，其材质可选用具有一定厚度的塑料制品如低密度聚乙烯，或橡胶制品如丁腈橡胶和丁基橡胶等，也可根据不同海区环境选取不锈钢材、铝合金、钛合金等。空心浮力舱1漂浮在水面上，其壁面上设置有气阀101，通过气阀101调节空心浮力舱1的浮力大小。利用波浪在垂直方向的起伏运动带动空心浮力舱1做垂直于海面的起伏运动，能够达到波浪能收集的效果。
伸缩气囊2包括网状囊体201和网状囊体201围成的气囊腔室202，网状囊体201可在外界拉压状态下轴向伸缩并使气囊腔室202扩大或缩小。网状囊体201内部分隔为层叠排列的多个环形网格单元，多个环形网格单元彼此透气相通，每个环形网格单元的截面优选为菱形；同时网状囊体201的内外表面均由环形网格单元有序排列形成锯齿状折皱面。网状囊体201的上述结构不仅保证了伸缩气囊2整体的压缩与拉伸效率，更提高了伸缩气囊2的稳定性。由于波浪的作用效果不仅仅体现在垂直方向，在水平方向的作用同样不可忽视。网状囊体201相比单层囊体对伸缩气囊2的稳定性有加固作用，并可保持伸缩气囊 的弹性，提高装置使用寿命，避免伸缩气囊2在波浪水平方向的作用下发生扭曲变形。网状囊体201的内表面开设有多个透气孔，通过这些透气孔气囊腔室202透气相通。伸缩气囊2上部与空心浮力舱1密封连接，下部与水下潜浮基座3密封连接。当空心浮力舱1相对于水下潜浮基座3垂直向下运动时，会对伸缩密封气囊2中的空气形成压缩。当空心浮力舱1相对于水下潜浮基座3垂直向上运动时，会对伸缩密封气囊2进行拉伸，使空气回流。
如图3所示，水下潜浮基座3为密封圆筒状壳体，其顶面为圆形平面、底面为半球面。水下潜浮基座3内部由第一隔板5和第二隔板6分隔为三段空间，水下潜浮基座3顶面与第一隔板5之间为第一机箱7，用于布置机械传动装置；第一隔板5和第二隔板6之间为第二机箱8，用于储存空气；第二隔板6与水下潜浮基座3底面之间的空间用于放置填充物9，从而保持水下潜浮基座3置于水面之下。
水下潜浮基座3顶面中心设置有上下贯通的第一进气孔10，第一进气孔10密封连接有设置在第一机箱7内的第一进气管11，从而将伸缩气囊2的气囊腔室202与第一进气管11连通。第一进气管11顶部通过轴承固定于水下潜浮基座3顶面，底部与带孔齿轮转子14固定连接。
第一隔板5中心设置有上下贯通的第二进气孔12，第二进气孔12密封连接有设置在第一机箱7内的第二进气管13，从而将第二机箱8与第二进气管13连通。第二进气管13顶部与带孔齿轮转子14固定连接，底部通过轴承固定于第一隔板5。
如图4和图5所示，带孔齿轮转子14为水平设置的圆盘形轮体1401，轮体1401的轮缘上下两端分别设置有轮齿1402。轮体1401内部中心设置有阀孔1403，阀孔1403上部与设置在轮体1401上表面中心的第一进气口1404连通，阀孔1403下部与设置在轮体1401下表面中心的第二进气口1405连通。第一进气口1404通过第一进气管11与第一进气孔10密封连接，第二进气口1405通过第二进气管13与第二进气孔12密封连接。轮体1401内设置有四条由中心阀孔1403连通至轮体1401轮缘(上下两端轮齿1402之间)的排气甬道1406，四条排气甬道1406完全相同并在同一水平面均匀布置，且四条排气甬道1406均为在水平上保持沿同一旋转方向的圆弧形。阀孔1403内设置有导气阀1407，导气阀1407包括中间的短柱状阀盖1408和对称设置于阀盖1408上部和下部的锥状阀臂1409，上部和下部的锥状阀臂1409分别伸入至第一进气口1404和第二进气口1405。阀盖1408的直径 大于第一进气口1404和第二进气口1405的直径，同时阀臂1409的最大直径小于第一进气口1404和第二进气口1405的直径，阀盖1408可以在关闭第一进气口1404的同时开通第二进气口1405，或者在关闭第二进气口1405的同时开通第一进气口1404。导气阀1407选用橡胶材料制成，以使阀盖1408密封地封堵第一进气口1404或第二进气口1405。这样，依次由第一进气孔10、第一进气管11、第一进气口1404进入阀孔1403的气流可推动导气阀1407关闭第二进气口1405，同时气流由四条排气甬道1406均匀排出，从而带动带孔齿轮转子14发生定性转动。依次由第二进气孔12、第二进气管13、第二进气口1405进入阀孔1403的气流可推动导气阀1407关闭第一进气口1404，同时气流由四条排气甬道1406均匀排出，从而带动带孔齿轮转子14发生定性转动。
如图6所示，带孔齿轮转子14以其上下两端的轮齿1402分别与两个水平设置的被动齿轮15啮合，两个被动齿轮15由齿轮轴16连接，齿轮轴16通过轴承固定于水下潜浮基座3，同时齿轮轴16与发电机组17的传动轴相连，发电机组17固定安装于第一隔板5上。两个被动齿轮15、齿轮轴16和发电机组17均布置在第一机箱7内部。带孔齿轮转子14直径较大、被动齿轮15直径较小，带孔齿轮转子14带动被动齿轮15转动，将较小的旋转角速度转化为较大的旋转角速度并产生能量，最终借助于发电机组17获得电能。
水下潜浮基座3的顶板边部设置有圆周均布的四个第一排气孔18，每个第一排气孔18上安装有第一单向阀19，第一排气孔18和第一单向阀19实现在压差作用下第一机箱7内部空气向伸缩气囊2的网状囊体201内部单向流动。如图7所示，第一单向阀19包括第一排气孔盖1901、第一丁字杆件1902和第一弹簧1903，第一排气孔盖1901为能够保持气密性的橡胶材料制成，第一排气孔盖1901设置在第一排气孔18上方，第一排气孔盖1901下部连接有第一丁字杆件1902，第一丁字杆件1902的垂直杆件部分穿过第一排气孔18且其水平杆件部分位于第一排气孔18下方，同时第一排气孔盖1901与第一丁字杆件1902的水平杆件之间设置有套装在第一丁字杆件1902垂直杆件上的第一弹簧1903，进一步保证第一排气孔18封闭时良好的气密性。当伸缩气囊2的网状囊体201内空气压强与第一机箱7内空气压强相同时，第一排气孔盖1901在第一弹簧1903的作用下紧密覆盖于第一排气孔18；当伸缩气囊2的网状囊体201内空气压强大于第一机箱7内空气压强时，第一排气孔盖1901由于压强差的作用紧密覆盖于第一排气孔18；当伸缩气囊2的网状囊体201内空气压强小于第一机箱7内空气压强时，第一排气孔盖1901将被顶起，使空气 通过第一排气孔18由第一机箱7内部进入伸缩气囊2的网状囊体201内部。
第一隔板5的边部设置有圆周均布的四个第二排气孔20，每个第二排气孔20上安装有第二单向阀21，第二排气孔20和第二单向阀21实现在压差作用下第一机箱7内部空气向第二机箱8内部单向流动。如图8所示，第二单向阀21包括第二排气孔盖2101、第二丁字杆件2102和第二弹簧2103，第二排气孔盖2101为能够保持气密性的橡胶材料制成，第二排气孔盖2101设置在第二排气孔20下方，第二排气孔盖2101上部连接有第二丁字杆件2102，第二丁字杆件2102的垂直杆件部分穿过第二排气孔20且其水平杆件部分位于第二排气孔20上方，同时第二排气孔盖2101与第二丁字杆件2102的水平杆件之间设置有套装在第二丁字杆件2102垂直杆件上的第二弹簧2103，进一步保证第二排气孔20封闭时良好的气密性。当第二机箱8内空气压强与第一机箱7内空气压强相同时，第二排气孔盖2101在第二弹簧2103的作用下紧密覆盖于第二排气孔20；当第二机箱8内空气压强大于第一机箱7内空气压强时，第二排气孔盖2101由于压强差的作用紧密覆盖于第二排气孔20；当第二机箱8内空气压强小于第一机箱7内空气压强时，第二排气孔盖2101将被顶起，使空气通过第二排气孔20由第一机箱7内部进入第二机箱8内部。
本实用新型的潜浮压缩式波能发电装置的工作原理是：
空心浮力舱1由于浮力的作用漂浮于海面，水下潜浮基座3由填充物9和锚链4保持置于水面之下。假设此时装置为初始位置，重力与浮力为平衡状态，各运动部件惯性力为零，装置内部各空腔压力相同。由于波浪运动特点是水面运动幅度最大，水面以下运动幅度随水深增加迅速减小，波浪运动呈周期性起伏变化。波浪起伏运动带动装置整体运动时，使空心浮力舱1与水下潜浮基座3产生运动，而水下潜浮基座3相对于空心浮力舱1处于水深更深处，并通过伸缩气囊2相连接，因此运动幅度更小。在波浪运动带动装置整体从初始位置垂直向下运动至波谷位置的过程中，空心浮力舱1与水下潜浮基座3之间的间距减小，伸缩气囊2进入压缩状态。在装置整体由波谷位置垂直向上运动至波峰位置的过程中，空心浮力舱1与水下潜浮基座3之间的间距增大，伸缩气囊2进入拉伸状态。然后空心浮力舱1由波峰位置垂直向下运动并回到初始位置，此时装置整体完成一个运动循环。
当空心浮力舱1相对于水下潜浮基座3垂直向下运动时，伸缩气囊2受到垂直方向的压缩，使伸缩气囊2中的空气密度增大，压强增大，第一单向阀19将第一排气孔18封闭，空气通过第一进气孔10及第一进气管11向下流入至带孔齿轮转子14，并给予其中心的导 气阀1407压力而使其向下移动从而封闭第二进气口1405。同时进入带孔齿轮转子14的空气由排气甬道1406喷射而出并进入第一机箱7内部，带孔齿轮转子14获得反作用力形成转动，并通过被动齿轮15变速后带动发电机组17运行，完成发电。由于上述过程中第一单向阀19将第一排气孔18封闭，第一机箱7内部的空气只能通过第一隔板5上的第二排气孔20进入第二机箱8中。
当装置整体垂直向下运动到波浪的波谷位置时，此时空心浮力舱1开始相对于水下潜浮基座3做向上运动。空心浮力舱1相对于水下潜浮基座3的运动幅度更大，从而对伸缩气囊2进行拉伸，使其中的空气密度减小，压强减小。此时第二机箱8内部的空气密度较伸缩气囊2中空气密度更大，第二机箱10内部的压强也较大。第二单向阀21将第二排气孔20封闭，压强差导致空气通过第一隔板5上的第二进气孔12及第二进气管13向上流入至带孔齿轮转子14，并给予其中心的导气阀1407压力而使其向上移动从而封闭第一进气口1404。同时进入带孔齿轮转子14的空气由排气甬道1406喷射而出并进入第一机箱7内部，带孔齿轮转子14获得反作用力形成转动，并通过被动齿轮15变速后带动发电机组17运行，完成发电。由于第二机箱8内部压强的增大，使第一隔板5上的第二单向阀21将第二排气孔20封闭，空气只能通过第一排气孔18重新回流至伸缩气囊2的网状囊体201内部，并通过网状囊体201内层的透气孔渗入至气囊腔室202，从而完成一个循环。
尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本实用新型的保护范围之内。