一种双叶轮式潮汐能量转换装置

1.本发明属于新能源领域技术领域，具体涉及一种双叶轮式潮汐能量转换装置。


背景技术：

2.潮汐能源是清洁、可靠和可再生能源中最有前景的来源之一。虽然在可再生能源市场中，风能和太阳能占据主导地位。但在使用过程中，风能和太阳能大概只有20-30％的时间可用。据估计，全球每年沿海海浪冲击力产生的能量约为1tw，相当于地球上每年的发电量。因此，尚未得到完全开发的海浪蕴藏着巨大能量。相比其他能源，潮汐能源具有四大优势：其一能量密度高，其二受环境影响较小，其三海浪可被提前预测，其四海浪的平均可用时间为90％，远超风能和太阳能。但是相关开发过程中，复杂的海洋环境、以及有效利用率等问题，让海浪能量转化为电能的研究，始终停留在实验阶段。
3.如今存在的潮汐发电机是利用潮汐的落差来发电，通常要求落差在十米以上，且对发电装置的安装位置有极大的要求，能源转换效率较低，而且工程量巨大，需要耗费大量建筑资金，为此，我们提出了一种潮汐能发电装置，安装方便，能源转换效率较高，适用于发电量需求较小的情况下使用。


技术实现要素：

4.为了解决上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种双叶轮式潮汐能量转换装置。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.一种双叶轮式潮汐能量转换装置，其特征在于，包括漂浮在海面上的箱体，所述箱体底部设置有潮汐能转换模块，所述潮汐能转换模块包括箱体下侧的能量收集模块、箱体内部的能量放大模块以及储能模块；所述能量收集模块为对称设置的双叶轮结构，用于将潮汐能转换为叶轮旋转的机械能；所述能量放大模块与能量收集模块连接，用于将能量收集模块收集到的机械能进行放大；所述储能模块与能量放大模块连接，用于将机械能转化成电能。
7.采用上述技术方案，通过能量收集模块和储能模块对海水的潮汐能进行回收发电，实现可再生资源的利用，能量收集模块将海水的潮汐能转换成双叶轮结构旋转的机械能，收集到的机械能通过能量放大模块后，实现旋转的增速，机械能显著放大，再通过储能装置将机械能转化为电能，电力一旦产生之后，有两种方式可将其输送到电网：第一种是使用海底电缆连接到电网；第二种是用电来电解海水并产生氢气，而氢气也可以用作能源，从而提高对自然环境中海水潮汐能量的收集和利用，如此就能最大限度地利用收集到的波浪能量，对海洋基建发展以及新能源领域发展做出了极大的贡献。
8.优选的，所述能量收集模块为对称结构，由两个对称设置的叶轮组件组成，所述叶轮组件包括上固定板和下固定板，所述上固定板与下固定板之间通过叶轮轴固定连接，所述上固定板与下固定板之间还固设有螺旋状的叶片，所述上固定板上侧中部固设有第一输
出轴。
9.采用该优选的技术方案，两个互相对称的叶轮组件收到海水冲击时，叶轮进行同向旋转。实现将海水的冲击产生的能量转换成叶轮旋转的机械能。
10.进一步的，所述第一叶片和第二叶片均采用铝合金制成。铝合金具有质量轻耐腐蚀的特性，可以防止第一叶片和第二叶片被海水侵蚀，延长装置的使用寿命。
11.优选的，所述能量放大模块为对称结构，由对称设置的两个第一齿轮以及与第一齿轮啮合连接的第二齿轮组成，所述第一齿轮上固设有第二输入轴，所述第二齿轮上固设有第二输出轴，所述第二输入轴与第一输出轴通过联轴器固定连接。
12.采用该优选的技术方案，双叶轮结构收集到的机械能，被第一齿轮以及第二齿轮进行放大增速后，根据第一齿轮与第二齿轮的齿数比，能把第二齿轮的旋转速度放大数倍，换言之可以增加发电机输入速度，从而提高本装置的发电效率和转化效率。
13.进一步的，所述能量放大模块与储能模块之间还设置有变向模块，所述变向模块用于将能量放大模块中的正反旋转统一转换成同向旋转运动。
14.优选的，所述储能模块包括所述储能模块包括发电机和超级电容，所述发电机输入端与第三输出轴连接，超级电容实现能量的储存。
15.优选的，所述变向模块第三输入轴、第三输出轴、第五齿轮、第六齿轮、齿圈、基础盘、转向盘、第一轴承、第二轴承和第三轴承，所述第三输入轴的一端与第二输出轴通过联轴器连接，所述第一轴承、第二轴轴承以及第三轴承均为单向锁止旋转转轴承另一端与第五齿轮固定连接，所述第六齿轮与第五齿轮啮合，所述第六齿轮的中心轴通过旋转轴承安装在基础盘上，基础盘外设置有保护壳，保护壳与箱体固定连接，所述齿圈与第六齿轮啮合，所述转向盘与齿圈固定连接，所述第一轴承设置在第五齿轮的中部，第二轴承和第三轴承同一水平面设置在转向盘的中部，所述第一轴承的内圈与第三输入轴固定连接，第一轴承的外圈与第五齿轮固定连接，所述第二轴承的内圈与第三输入轴固定连接，第二轴承外圈与第三输出轴的内圈连接，所述第三轴承的内圈第三输出轴的外圈固定连接，第三轴承的外圈与转向盘固定连接，所述第一轴承与第三轴承的锁止方向相同，所述第一轴承与第二轴承的锁止方向相反。
16.采用该优选的技术方案，不管叶轮的旋转方向是顺时针还是逆时针，通过变向模块都能实现单向输出，使发电机的输入轴始终保持单向旋转且发电机的输入速度也被提高，从而提升发电机的发电效率。
17.优选的，所述双叶轮式潮汐能量转换装置还包括设置在箱体的正上方的风能转化组件，所述风能转化组件与储能模块连接，用于将收集到的风能转换成电能，所述风能转化组件包括对称设置储能模块两侧的两个扇叶发电装置，所述扇叶发电装置内部均设置有单向旋转结构，所述扇叶发电装置的中心轴端部设置有第一锥齿轮，第一锥齿轮啮合连接有垂直于中心轴方向的第二锥齿轮，所述第二锥齿轮的中心轴的下端部固定连接有第三齿轮，所述第三齿轮啮合连接有第四齿轮，所述第四齿轮与发电机的输入端固定连接。
18.采用该优选的技术方案，通过将左右的扇叶发电装置设置为不同方向的单向旋转，使左侧的第一锥齿轮始终保持逆时针旋转，右侧的第一锥齿始终保持顺时针旋转，进而使左右两侧的第三齿轮以及第二锥齿轮始终保持逆时针旋转，进而使第四齿轮始终保持顺时针，进而使发电机的输入端始终与换向模块驱动第三输出轴同一方向，始终保持顺时针，
风能转化组件与换向模块对发电机都能驱动发电机输入轴旋转且始终保持同一方向，同时利用风能和潮汐能对发电效率起到了协同和增效的作用，大大提升了本装置的对风能和潮汐能的能量利用率和发电效率。
19.优选的，所述发电机为无刷发电机，无刷发电机的噪音低、寿命长，几乎不需要维护，可以降低使用成本。
20.优选的，所述箱体四周环设有浮漂。使用时，箱体随着海浪上下浮动，始终漂浮在海面上，如此就能最大限度地利用收集到的波浪能量，也避免箱体内的发电设备收到海水的腐蚀，保证装置的使用寿命。
21.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
22.1.通过能量收集模块和储能模块对海水的潮汐能进行回收发电，实现可再生资源的利用，能量收集模块将海水的潮汐作能转换成双叶轮结构旋转的机械能，收集到的机械能通过能量放大模块后，实现旋转的增速，机械能显著放大，再通过储能装置将机械能转化为电能，电力一旦产生之后，有两种方式可将其输送到电网：第一种是使用海底电缆连接到电网；第二种是用电来电解海水并产生氢气，而氢气也可以用作能源，从而提高对自然环境中海水潮汐能量的收集和利用，如此就能最大限度地利用收集到的波浪能量，对海洋基建发展以及新能源领域发展做出了极大的贡献。
23.2.两个互相对称的叶轮组件收到海水冲击时，叶轮进行同向旋转，实现将海水的冲击产生的能量转换成叶轮旋转的机械能。
24.3.针对于风扇式扇叶的潮汐能发电在面对不是正对风扇式扇叶的海水时，其产生的旋转效果低的问题，本发明叶轮上采用螺旋状的叶片，在面对来自各个方向的海水时都能产生理想的旋转效果，进而带动潮汐能发电机转轴旋转，产生良好的发电效果。该装置可以利用各个方向流动的海水进行发电，提高了装置的发电效率。
25.4.第一叶片和第二叶片均采用铝合金制成，铝合金具有质量轻耐腐蚀的特性，可以防止第一叶片和第二叶片被海水侵蚀，延长装置的使用寿命。
26.5.双叶轮结构收集到的机械能，被第一齿轮以及第二齿轮进行放大增速后，根据第一齿轮与第二齿轮的齿数比，能把第二齿轮的旋转速度放大数倍，换言之可以增加发电机输入速度，从而提高本装置的发电效率和转化效率。
27.6.所述能量放大模块与储能模块之间还设置有变向模块，所述变向模块用于将能量放大模块中的正反旋转统一转换成同向旋转运动，不管叶轮的旋转方向是顺时针还是逆时针，通过变向模块都能实现单向输出，使发电机的输入轴始终保持单向旋转且发电机的输入速度也被提高，从而提升发电机的发电效率。
28.7.通过还设置风能转化组件，将左右的扇叶发电装置设置为不同方向的单向旋转，使左侧的第一锥齿轮始终保持逆时针旋转，右侧的第一锥齿始终保持顺时针旋转，进而使左右两侧的第三齿轮以及第二锥齿轮始终保持逆时针旋转，进而使第四齿轮始终保持顺时针，进而使发电机的输入端始终与换向模块驱动第三输出轴同一方向，始终保持顺时针，风能转化组件与换向模块对发电机都能驱动发电机输入轴旋转且始终保持同一方向，同时利用风能和潮汐能对发电效率起到了协同和增效的作用，大大提升了本装置的对风能和潮汐能的能量利用率和发电效率。
29.8.所述箱体四周环设有浮漂，箱体在浮漂的作用下随着海浪上下浮动，始终漂浮
在海面上，如此就能最大限度地利用收集到的波浪能量，也避免箱体内的发电设备收到海水的腐蚀，保证装置的使用寿命。
附图说明
30.本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
31.图1是本发明的平面结构示意图；
32.图2是本发明的立体结构示意图(隐藏了部分箱体)；
33.图3是本发明的平面结构示意图(隐藏了部分箱体)；
34.图4是本发明中能量转换、放大、变向模块的结构示意图(爆炸视图)；
35.图5是本发明中能量放大模块的底部示图；
36.图6是本发明实施例3的平面结构示意图(隐藏了部分箱体)。
37.附图标记
38.1-箱体、2-双叶轮结构、3-叶轮组件、4-上固定板、5-下固定板、6-叶轮轴、7-叶片、701-第一叶片、702-第二叶片、8-第一齿轮、9-第二齿轮、10-第二输入轴、11-第二输出轴、12-第三输入轴、13-第三输出轴、14-第五齿轮、15-第六齿轮、16-齿圈、17-基础盘、18-转向盘、19-第一轴承、20-第二轴承、21-第三轴承、22-发电机、23-浮漂、24-海面、25-扇叶发电装置、26-第一锥齿轮、27-第二锥齿轮、28-第三齿轮、29-第四齿轮、第一输出轴-30。
具体实施方式
39.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
40.在本技术实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
41.下面结合图1～图6本发明作详细说明。
42.一种双叶轮式潮汐能量转换装置，其中包括漂浮在海面24上的箱体1，优选的，所述箱体1四周环设置有浮漂23，使用时，箱体1随着海浪上下浮动，始终漂浮在海面24上，如此就能最大限度地利用收集到的波浪能量，也避免箱体1内的发电设备收到海水的腐蚀，保证装置的使用寿命，所述箱体1中设置有潮汐能转换模块，潮汐能转换模块包括所述箱体1底部的能量转换模块、箱体1内部的能量放大模块以及储能模块；所述能量收集模块为对称设置的双叶轮结构2，用于将潮汐能转换为叶轮旋转的机械能；所述能量放大模块与能量收
集模块连接，用于将能量收集模块收集到的机械能进行放大；所述储能模块包括所述储能模块包括发电机22和超级电容，所述储能模块与能量放大模块连接，用于将机械能转化成电能，超级电容实现能量的储存，通过能量收集模块和储能模块对海水的潮汐能进行回收发电，实现可再生资源的利用，能量转换模块将海水的潮汐作能转换成双叶轮结构2旋转的机械能，收集到的机械能通过能量放大模块后，实现旋转的增速，机械能显著放大，再通过储能装置将机械能转化为电能，电力一旦产生之后，有两种方式可将其输送到电网：第一种是使用海底电缆连接到电网；第二种是用电来电解海水并产生氢气，而氢气也可以用作能源，从而提高对自然环境中海水潮汐能量的收集和利用，如此就能最大限度地利用收集到的波浪能量，对海洋基建发展以及新能源领域发展做出了极大的贡献。
43.本实施例中，所述能量收集模块为对称结构，由两个对称设置的叶轮组件3组成，所述叶轮组件3包括上固定板4和下固定板5，所述上固定板4与下固定板5之间设置有叶轮轴6，所述叶轮轴6的下端与下固定板5的中心处固定连接，叶轮轴6上部与上固定板4固定连接；且穿过上固定板4后作为第一输出轴30与能量放大模块的第一齿轮8的第二输入轴10通过联轴器固定连接，所述上固定板4与下固定板5之间还固设有螺旋状的叶片7，优选的，所述叶片7包括第一叶片701和第二叶片702，所述第一叶片701和第二叶片702的水平截面都是呈曲线型，曲线的形状为一个半圆和与半圆相切的弧线组成，且螺旋度是180度，海水在推动叶片转动时，两片叶片旋转会使附近的海水形成一个漩涡状，最大限度的利用海水的推力，且叶轮进行同向旋转，实现将海水的冲击产生的能量转换成叶轮旋转的机械能。
44.本实施例中，叶轮采用垂直式潮汐能发电技术，在面对来自各个方向的海水时都能产生理想的旋转效果，进而带动潮汐能发电机22转轴旋转，产生良好的发电效果。该装置可以利用各个方向流动的海水进行发电，提高了装置的发电效率。
45.本实施例中，，所述第一叶片701和第二叶片702材质优选为铝合金制成。铝合金具有质量轻耐腐蚀的特性，可以防止第一叶片701和第二叶片702被海水侵蚀，延长装置的使用寿命。
46.本实施例中，所述能量放大模块为对称结构，由对称设置的两个第一齿轮8以及与第一齿轮8啮合连接的第二齿轮9组成，所述第一齿轮8上固设有第二输入轴10，所述第二齿轮9上固设有第二输出轴11，所述第二输入轴10与第一输出轴30通过联轴器固定连接，优选的第一齿轮8与第二齿轮9的齿数比为4:1，这能把发电机22输入速度放大4倍，从而提高本装置的发电效率和转化效率。
47.本实施例中，所述能量放大模块与储能模块之间还设置有变向模块，所述变向模块用于将能量放大模块中的正反旋转统一转换成同向旋转运动。
48.本实施例中，所述变向模块包括第三输入轴12、第三输出轴13、第五齿轮14、第六齿轮15、齿圈16、基础盘17、转向盘18、第一轴承19、第二轴承20和第三轴承21，所述第三输入轴12的一端与第二输出轴11通过联轴器连接，另一端与第五齿轮14固定连接，所述第六齿轮15与第五齿轮14啮合，所述第六齿轮的中心轴通过旋转轴承安装在基础盘上，基础盘17外设置有保护壳，保护壳与箱体1固定连接，所述齿圈16内侧设置有齿且与第六齿轮15啮合连接，所述转向盘18与齿圈16固定连接，所述第一轴承19设置在第五齿轮14的中部，第二轴承20和第三轴承21设置在转向盘18的中部，二者是重叠的同心圆状态，所述第一轴承19的内圈与第三输入轴12固定连接，第一轴承19的外圈与第五齿轮14固定连接，所述第二轴
承20的内圈与第三输入轴12固定连接，第二轴承20外圈与第三输出轴13的内圈连接，所述第三轴承21的内圈与第三输出轴13的外圈固定连接，第三轴承21的外圈与转向盘18固定连接，所述第一轴承19、第二轴轴承20以及第三轴承21均为单向锁止旋转转轴承，所述第一轴承19与第三轴承21的锁止方向相同，所述第一轴承19与第二轴承20的锁止方向相反，第一轴承19和第三轴承21在第三输入轴12顺时针时为自由状态，反之为锁死状态，第二轴承20在第三输入轴12逆时针旋转时为自由状态，反之为锁死状态。第五齿轮14主动，齿圈16从动，第六齿轮15由基础盘17固定，基础盘17与箱体1固定连接。当第三输入轴12顺时针转动，第一轴承19和第三轴承21自由，第二轴承20锁死，第三输入轴12带动第三输出轴13顺时针转动；当第三输入轴12逆时针旋转时，第一轴承19和第三轴承21锁死，第二轴承20自由，第三输入轴12带动第五齿轮14逆时针转动，第五齿轮14带动第六齿轮15顺时针自转，第六齿轮15带动齿圈16顺时针转动，齿圈16带动转向盘18顺时针转动，转向盘18带动第三轴承21顺时针转动，第三轴承21带动第三输出轴13顺时针转动发电。从而实现无论第三输入轴12顺时针还是逆时针转动，第三输出轴13始终保持同向旋转。
49.本实施例中，所述发电机22为无刷发电机22，无刷发电机22的噪音低、寿命长，几乎不需要维护，可以降低使用成本。
50.本实施例中，箱体1外部均做有防水处理，保证海水不能侵入箱体1内部，保证内部的能量放大模块、变向模块以及储能模块正常运行。
51.作为另一种优选的实施方式，所述箱体上方还设置有风能转化组件，风能转化组件通过对称设置的单向旋转扇叶发电装置以及齿轮传动结构，实现将左右两侧不同方向旋转的扇叶发电装置收集到风能统一转换成发电机输入轴的单向旋转运动，且与上述变向模块中第三输出轴输出的旋转方向保持一致，利用风能转化组件对潮汐发电模块的发电效率进行协同和增效的作用。
52.具体的，所述一种双叶轮式潮汐能量转换装置还包括风能转化组件，所述风能转化组件设置在箱体1的正上方，所述风能转化组件包括对称设置第三输出轴两侧的两个扇叶发电装置25，所述扇叶发电装置25内部均设置有单向旋转结构，使之只能沿同一时针方向旋转，所述扇叶发电装置25的中心轴端部设置有第一锥齿轮26，第一锥齿轮26啮合连接有垂直于中心轴方向的第二锥齿轮27，所述第二锥齿轮27的中心轴的下端部固定连接有第三齿轮28，所述第三齿轮28啮合连接有第四齿轮29，所述第四齿轮29固定套设在第三输出轴13上，考虑到第三输出轴13始终保持顺时针单向旋转，故第三齿轮28以及第二锥齿轮27始终保持逆时针旋转，左侧的第一锥齿轮26应当始终保持逆时针旋转，右侧的第一锥齿轮26应当始终保持顺时针旋转，所述风能转化组件各部件与箱体1之间的连接结构具体为，第一锥齿轮26、第二锥齿轮27的中心轴均通过轴承安装在箱体1内壁，通过还设置风能转化组件，将左右的扇叶发电装置25设置为不同方向的单向旋转，使左侧的第一锥齿轮26始终保持逆时针旋转，右侧的第一锥齿轮26始终保持顺时针旋转，进而使左右两侧的第三齿轮28以及第二锥齿轮27始终保持逆时针旋转，进而使第四齿轮29始终保持顺时针，进而使发电机22的输入端始终与换向模块驱动第三输出轴13同一方向，始终保持顺时针，风能转化组件与换向模块对发电机都能驱动发电机22输入轴旋转且始终保持同一方向，进一步利用海面上的风能，并同时利用风能和潮汐能转换成发电机所需要的机械能，对发电效率起到了协同和增效的作用，大大提升了本装置的对风能和潮汐能的能量利用率和发电效率。
53.需要说明的是：本发明涉及的软件或协议均为公知技术，为相关器件自带，或者本领域人员根据现有技术进行编程完成。
54.以上所述实施例仅表达了本技术的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。