波浪能发电装置

1.本发明属于波浪发电技术领域，尤其涉及波浪能发电装置。


背景技术：

[0002][0003]
对于波浪能的利用，最主要的形式是通过波浪能发电装置把波浪能转化为电能，因此风浪越大，能够收集到的电能也就越多，远洋处的风浪较大，为了更好的收集到远洋处的波浪能，常常会在浮式防波堤上设置相应的波浪能发电装置。
[0004]
但是现有的浮式防波堤上设置的多为浮子发电机，而远洋处的风浪较大，浮子发电机又直接与海水接触，容易产生腐蚀，影响发电效率。
[0005]
针对这一问题，人们在长期的生产生活实践中也进行了探索研究，例如，中国发明专利公开了一种兼作波浪能发电装置的浮式防波堤[公开号：cn104594286a]，该发明专利包括：浮式构件、空气透平发电机组、气室、气流通道、锚泊系统和信号传输装置。其特征是：浮式构件通过锚链与海底的混凝土锚块相连，在浮式构件的迎浪面上设置多个贯穿于浮体的消浪孔，空气透平发电机安装在气流通道内，波浪带动浮体上下运动，使气室内的水体产生振荡并推动气室内空气运动，进而推动空气透平发电机组发电。本发明具有结构稳定、建造成本低、发电转化效率高、维护便利等特点，可应用在水深浪大、地形复杂的海域，在削减波浪影响、为周围海域提供平稳水域环境的同时，能够将波浪能转化为电能，有效解决港区或海岛居民的电力供应问题。
[0006]
上述的方案在一定程度上改进了现有技术的部分问题，但是，该方案还至少存在以下缺陷：对比文件虽然将气室内部设置成聚流罩的形状，用于增加空气通过透平电机的流速，然而并不能改变波浪涨落时的液面变化速率，导致其波浪能采集效率较低，发电效率较差。


技术实现要素：

[0007]
本发明的目的是针对上述问题，提供波浪能采集效率高、发电效率好的波浪能发电装置。
[0008]
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本波浪能发电装置，包括整流罩，所述的整流罩两端开口且内设有气室，所述的气室内固设有靠近顶端开口的发电机构，所述的整流罩的外周壁上开设有若干与气室相连通的导流口，所述的气室内固设有靠近底端开口的导流组件，该导流组件用于将波浪引入气室或促使波浪离开气室以使气流加速经过发电机构。
[0009]
当海浪上涨时，海浪在导流组件导流作用下加速流入整流罩内部，使得整流罩内部的水平面加速上升，增大其内部液面变化幅度，从而进一步压缩气室内部的空气，迫使空气以更快的速率向上运动，并通过气室的顶端开口喷出，带动发电机构发电；当海浪下降时，在导流组件导流作用下，促使波浪从气室内部流出，增大其内部液面变化幅度，在气室
内部形成较大的负压，从而将外部大气抽从气室的顶端开口处抽入，带动发电机构发电；相对于对比文件，整流罩的外周壁上开设有若干与气室相连通的导流口，能够增大波浪的进出流量，配合导流组件，增大整流罩内的液面变化幅度，使气室内部产生与外部大气产生更大的压力差，最终提升了波浪能采集效率和发电效率。
[0010]
在上述的波浪能发电装置中，所述的导流组件包括尖端朝上设置的导流锥体，所述导流锥体通过固定组件与整流罩的内侧壁相连，导流锥体的中心轴线与整流罩的中心轴线相互重合。
[0011]
当海浪上涨时，海浪从导流口涌入整流罩内部，并沿着导流锥体的外表面发生波浪上涌现象，使得气室内部的液面变化相较于气室外部更为剧烈，与气室外部的大气产生更大的气压差，将气室内部的空气压缩并加速从气室的顶端开口处喷出，增大发电机构收到的气流作用力，使得发电机构的转速更快，提供的扭矩更大，从而能够带动功率更大的发电机构；当海浪下降时，导流锥体也能起到导流作用，加速液面的下降，与气室外部的大气产生更大的气压差，加速外部气体的灌入，增大发电机构受到的气流作用力，使得发电机构的转速更快，提供的扭矩更大，从而能够带动功率更大的发电机构，导流锥体的中心轴线与整流罩的中心轴线相互重合，当海浪进出整流罩时，波浪沿着导流锥体的外表面上涌和下降都较为均匀，产生较为均匀的上升或下降气流，从而使得发电机构的受力更为均匀，增加波浪能的收集效率和发电效率。
[0012]
在上述的波浪能发电装置中，所述固定组件包括竖直设置在气室内的固定杆，所述固定杆的下端与导流锥体的尖端相连，固定杆的上端设有与整流罩内侧壁相连的固定支架。
[0013]
固定支架设于固定杆的上端，为固定杆和固定杆下端的导流锥体提供固定和支撑，固定杆下端与导流锥体的尖端相连，将导流锥体的中心轴线与固定杆重合，并借由固定支架与整流罩的内侧壁相连，从而将整流罩的整体重心下沉，并至于流锥体的中心轴线上，降低本发明被远洋风浪掀翻的概率。
[0014]
在上述的波浪能发电装置中，所述的固定杆的上端设有处于发电机构下方的导流凸起，该导流凸起的外周形成有用于将水流引向整流罩侧壁而不冲向发电机构的弧形引流面。
[0015]
固定杆的上端设有导流凸起，一方面能够为流经气室顶端开口处的气流提供导向，将气流引导至发电机构中叶片的外半部，从而增大气流对叶片的作用力，配合导流锥体，提升波浪能收集效率和发电效率；另一方面，当波浪沿着导流锥体的外表面不断上涌时，由于固定杆与导流凸起之间的尺寸大小变化量较大，因此设于固定杆上端的导流凸起能够起到阻碍波浪继续上涌的作用，避免波浪过渡上涌，与发电机构的各个部件直接接触，影响这些元器件的使用寿命。
[0016]
在上述的波浪能发电装置中，所述导流锥体的底部旋转设有锚定架，所述导流锥体内部设有配重件。
[0017]
导流锥体的底部旋转设有锚定架，便于安装人员将锚链安装到该锚定架上，将本发明与海底固定连接，锚定架可沿导流锥体的底部旋转，便于本发明在洋流复杂的环境中，随着洋流方向转动，使导流口正对洋流方向，从而提升波浪能的收集效率和发电效率，在导流锥体内部设置配重件，可以进一步将本发明的重心下移，降低远洋海浪将本发明掀翻的
概率。
[0018]
在上述的波浪能发电装置中，所述的导流口包括绕整流罩周向均匀布置的至少两个，在相邻两个所述导流口之间，所述的整流罩上还开设有与气室相连通的转向口，所述转向口的截面尺寸小于导流口。
[0019]
在相邻两个导流口之间设置截面尺寸小于导流口的转向口，当本装置处于洋流复杂的环境中时，在伯努利效应和洋流冲击力的共同作用下，导流罩本体会沿着锚定架伴随洋流方向变化做自发性旋转，而导流口的尺寸大于转向口的尺寸，当导流口正对洋流方向时，导流罩本体收到的洋流冲击力最小，因此在自发性旋转停止时，导流口始终正对洋流方向，实现导流口朝向的自发性调整，从而提升本发明在洋流复杂的环境中对波浪能的收集效率和发电效率。
[0020]
在上述的波浪能发电装置中，所述转向口内部设有用于引导水流发生方向偏转的导流翅片。
[0021]
在转向口内部设置导流翅片，当洋流流经转向口内部时，导流翅片能够起到导向洋流并使其偏转的作用，洋流在偏转过程中会对导流翅片施加反作用力，带动整流罩相对于锚定架转动，加速整流罩的转向，而当转向口逐渐与洋流方向平行时，转向口内部的流量会逐渐变小，从而使得上述反作用力逐渐变小，最终使得导流口正对洋流方向。
[0022]
在上述的波浪能发电装置中，所述导流翅片与所述转向口中垂线的夹角为30-60
°
。
[0023]
导流翅片与转向口中垂线的夹角为30-60
°
，一方面便于导流翅片的安装和定位，另一方面，该角度范围内的导流翅片能够对洋流起到良好的导向和偏转作用，当洋流正对转向口时，为整流罩提供充足的上述反作用力，利于整流罩的自发转向调节。
[0024]
在上述的波浪能发电装置中，所述发电机构包括转子发电机，所述转子发电机通过安装架固设于气室内部且靠近其顶端开口，转子发电机的转轴上设有叶轮组件，所述叶轮组件包括转动轴和叶片，所述转动轴与转子发电机转轴传动连接，所述叶片通过角度调节组件与转动轴相连。
[0025]
转子发电机为常见的市售产品，能够在叶轮组件的带动下产生电能，从而将气室内部收集到的波浪能转化为电能，安装架为转子发电机提供安装和支撑，转动轴与叶片之间设有角度调节组件，当海浪下降时，气室内部水平面下降，在气室内部产生负压，外部气流自上而下通过气室的上端开口灌入到气室内部，带动叶片和转动轴转动，叶片在重力和气流作用力的共同作用下，向下运动并带动转动轴转动，从而带动转子发电机转动发电；当海浪上涨时，气室内部水平面上升，压缩气室内部的空气，气流自下而上通过气室的上端开口，带动叶片和转动轴转动，在上升气流的作用力下，叶片克服自身重力，并借由角度调节组件，自动调整叶片与转动轴之间的夹角，无论气流方向朝上还是朝下，叶轮组件均能朝同一方向转动带动转动轴和转子发动机发电，提升了波浪能采集效率和发电效率。
[0026]
在上述的波浪能发电装置中，所述角度调节组件包括设于叶片叶柄处的滑块，所述转动轴的外侧壁上设有弧形滑槽，所述滑块滑动设于所述弧形滑槽内部。
[0027]
弧形滑槽为滑块的运动提供导向和限制，且滑块设于叶片的叶柄处，当滑块在弧形滑槽内滑动时，滑槽受限于弧形滑槽的轨迹导向，带动叶片沿着弧形滑槽运动的同时，带动叶片关于叶柄偏转，从而使得叶片随着气流发生自动偏转，当叶片在不同方向的气流作
用力下时，仍然可以带动叶轮朝同一方向进行旋转。
[0028]
与现有的技术相比，本波浪能发电装置的优点在于：
[0029]
1.设计合理，结构紧凑，通过在气室内部设置导流组件，配合导流口，能够对涌入和流出整流罩内部的波浪起到导流作用，增大整流罩内部的液面变化幅度，产生更大的气压差和气流，增大波浪能采集效率和发电效率；
[0030]
2.通过设置尖端朝上的导流锥体，使得海浪可以沿着导流锥体的外表面发生波浪上涌现象，使得气室内部的液面变化相较于气室外部更为剧烈，与气室外部的大气产生更大的气压差，将气室内部的空气压缩并加速从气室的顶端开口处喷出，增大发电机构收到的气流作用力，使得发电机构的转速更快，提供的扭矩更大，从而能够带动功率更大的发电机构；当海浪下降时，导流锥体也能起到导流作用，加速液面的下降，与气室外部的大气产生更大的气压差，加速外部气体的灌入，增大发电机构受到的气流作用力，使得发电机构的转速更快，提供的扭矩更大，从而能够带动功率更大的发电机构；
[0031]
3.通过设置导流凸起，一方面能够为流经气室顶端开口处的气流提供导向，将气流引导至发电机构中叶片的外半部，从而增大气流对叶片的作用力，配合导流锥体，提升波浪能收集效率和发电效率；另一方面，当波浪沿着导流锥体的外表面不断上涌时，由于固定杆与导流凸起之间的尺寸大小变化量较大，因此设于固定杆上端的导流凸起能够起到阻碍波浪继续上涌的作用，避免波浪过渡上涌，与发电机构的各个部件直接接触，影响这些元器件的使用寿命；
[0032]
4.通过在导流锥体的底部旋转设有锚定架，便于安装人员将锚链安装到该锚定架上，将本发明与海底固定连接，锚定架可沿导流锥体的底部旋转，便于本发明在洋流复杂的环境中，随着洋流方向转动，使导流口正对洋流方向，从而提升波浪能的收集效率和发电效率。
附图说明
[0033]
图1是本发明的示意图；
[0034]
图2是本发明的正视图；
[0035]
图3是海浪上涨时本发明的工作示意图；
[0036]
图4是海浪下降时本发明的工作示意图；
[0037]
图5是本发明中转子发动机的示意图；
[0038]
图6是本发明中转子发动机的正视图；
[0039]
图7是本发明中转动轴与叶片连接处的横截面图；
[0040]
图8是本发明的内部结构示意图；
[0041]
图9是本发明中转向口的局部横截面图。
[0042]
图中，1-整流罩、11-导流口、12-转向口、121-导流翅片、 2-转子发电机、3-安装架、4-转动轴、41-弧形滑槽、42-限位槽、5-叶片、51-滑块、52-限位凸起、6-导流锥体、7-固定杆、71
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固定支架、72-导流凸起、8-锚定架。
具体实施方式
[0043]
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
[0044]
实施例1：
[0045]
如图1、2和8所示，本波浪能发电装置，包括整流罩1，上述的整流罩1两端开口且内设有气室，上述的气室内固设有靠近顶端开口的发电机构，上述的整流罩1的外周壁上开设有若干与气室相连通的导流口11，上述的气室内固设有靠近底端开口的导流组件，该导流组件用于将波浪引入气室或促使波浪离开气室以使气流加速经过发电机构。
[0046]
在本实施方式中，参考图3、4和8，当海浪上涨时，海浪在导流组件导流作用下加速流入整流罩1内部，使得整流罩1内部的水平面加速上升，增大其内部液面变化幅度，从而进一步压缩气室内部的空气，迫使空气以更快的速率向上运动，并通过气室的顶端开口喷出，带动发电机构发电；当海浪下降时，在导流组件导流作用下，促使波浪从气室内部流出，增大其内部液面变化幅度，在气室内部形成较大的负压，从而将外部大气抽从气室的顶端开口处抽入，带动发电机构发电；相对于对比文件，整流罩 1的外周壁上开设有若干与气室相连通的导流口11，能够增大波浪的进出流量，配合导流组件，增大整流罩1内的液面变化幅度，使气室内部产生与外部大气产生更大的压力差，最终提升了波浪能采集效率和发电效率。
[0047]
优选地，如图8所示，上述的导流组件包括尖端朝上设置的导流锥体6，上述导流锥体6通过固定组件与整流罩1的内侧壁相连，导流锥体6的中心轴线与整流罩1的中心轴线相互重合。
[0048]
在本实施方式中，当海浪上涨时，海浪从导流口11涌入整流罩1内部，并沿着导流锥体6的外表面发生波浪上涌现象，使得气室内部的液面变化相较于气室外部更为剧烈，与气室外部的大气产生更大的气压差，将气室内部的空气压缩并加速从气室的顶端开口处喷出，增大发电机构收到的气流作用力，使得发电机构的转速更快，提供的扭矩更大，从而能够带动功率更大的发电机构；当海浪下降时，导流锥体6也能起到导流作用，加速液面的下降，与气室外部的大气产生更大的气压差，加速外部气体的灌入，增大发电机构受到的气流作用力，使得发电机构的转速更快，提供的扭矩更大，从而能够带动功率更大的发电机构，导流锥体 6的中心轴线与整流罩1的中心轴线相互重合，当海浪进出整流罩1时，波浪沿着导流锥体6的外表面上涌和下降都较为均匀，产生较为均匀的上升或下降气流，从而使得发电机构的受力更为均匀，增加波浪能的收集效率和发电效率。
[0049]
进一步地，如图8所示，上述固定组件包括竖直设置在气室内的固定杆7，上述固定杆7的下端与导流锥体6的尖端相连，固定杆7的上端设有与整流罩1内侧壁相连的固定支架71。
[0050]
在本实施方式中，固定支架71设于固定杆7的上端，为固定杆7和固定杆7下端的导流锥体6提供固定和支撑，固定杆7下端与导流锥体6的尖端相连，将导流锥体6的中心轴线与固定杆 7重合，并借由固定支架71与整流罩1的内侧壁相连，从而将整流罩1的整体重心下沉，并至于流锥体的中心轴线上，降低本发明被远洋风浪掀翻的概率。
[0051]
更进一步地，如图8所示，上述的固定杆7的上端设有处于发电机构下方的导流凸起72，该导流凸起72的外周形成有用于将水流引向整流罩1侧壁而不冲向发电机构的弧形引流面。
[0052]
在本实施方式中，固定杆7的上端设有导流凸起72，一方面能够为流经气室顶端开口处的气流提供导向，将气流引导至发电机构中叶片5的外半部，从而增大气流对叶片5的
作用力，配合导流锥体6，提升波浪能收集效率和发电效率；另一方面，当波浪沿着导流锥体6的外表面不断上涌时，由于固定杆7与导流凸起72之间的尺寸大小变化量较大，因此设于固定杆7上端的导流凸起72能够起到阻碍波浪继续上涌的作用，避免波浪过渡上涌，与发电机构的各个部件直接接触，影响这些元器件的使用寿命。
[0053]
再进一步地，如图8所示，上述导流锥体6的底部旋转设有锚定架8，上述导流锥体6内部设有配重件。
[0054]
在本实施方式中，导流锥体6的底部旋转设有锚定架8，便于安装人员将锚链安装到该锚定架8上，将本发明与海底固定连接，锚定架8可沿导流锥体6的底部旋转，便于本发明在洋流复杂的环境中，随着洋流方向转动，使导流口11正对洋流方向，从而提升波浪能的收集效率和发电效率，在导流锥体6内部设置配重件，可以进一步将本发明的重心下移，降低远洋海浪将本发明掀翻的概率。
[0055]
实施例2：
[0056]
如图1、2和8所示，本实施例与实施例1的区别在于，上述的导流口11包括绕整流罩1周向均匀布置的至少两个，在相邻两个上述导流口11之间，上述的整流罩1上还开设有与气室相连通的转向口12，上述转向口12的截面尺寸小于导流口11。
[0057]
在本实施方式中，在相邻两个导流口11之间设置截面尺寸小于导流口11的转向口12，当本装置处于洋流复杂的环境中时，在伯努利效应和洋流冲击力的共同作用下，导流罩本体会沿着锚定架8伴随洋流方向变化做自发性旋转，而导流口11的尺寸大于转向口12的尺寸，当导流口11正对洋流方向时，导流罩本体收到的洋流冲击力最小，因此在自发性旋转停止时，导流口11始终正对洋流方向，实现导流口11朝向的自发性调整，从而提升本发明在洋流复杂的环境中对波浪能的收集效率和发电效率。
[0058]
进一步地，如图9所示，上述转向口12内部设有用于引导水流发生方向偏转的导流翅片121。
[0059]
在本实施方式中，在转向口12内部设置导流翅片121，当洋流流经转向口12内部时，导流翅片121能够起到导向洋流并使其偏转的作用，洋流在偏转过程中会对导流翅片121施加反作用力，带动整流罩1相对于锚定架8转动，加速整流罩1的转向，而当转向口12逐渐与洋流方向平行时，转向口12内部的流量会逐渐变小，从而使得上述反作用力逐渐变小，最终使得导流口11正对洋流方向。
[0060]
更进一步地，如图9所示，上述导流翅片121与上述转向口 12中垂线的夹角为30-60
°
。
[0061]
在本实施方式中，导流翅片121与转向口12中垂线的夹角为30-60
°
，一方面便于导流翅片121的安装和定位，另一方面，该角度范围内的导流翅片121能够对洋流起到良好的导向和偏转作用，当洋流正对转向口12时，为整流罩1提供充足的上述反作用力，利于整流罩1的自发转向调节。
[0062]
实施例3：
[0063]
如图5-7所示，本实施例与上述任意一个实施例的区别在于，上述发电机构包括转子发电机2，上述转子发电机2通过安装架3 固设于气室内部且靠近其顶端开口，转子发电机2的转轴上设有叶轮组件，上述叶轮组件包括转动轴4和叶片5，上述转动轴4 与转子发电机2转轴传动连接，上述叶片5通过角度调节组件与转动轴4相连。
[0064]
在本实施方式中，转子发电机2为常见的市售产品，能够在叶轮组件的带动下产生电能，从而将气室内部收集到的波浪能转化为电能，安装架3为转子发电机2提供安装和支撑，转动轴4 与叶片5之间设有角度调节组件，当海浪下降时，气室内部水平面下降，在气室内部产生负压，外部气流自上而下通过气室的上端开口灌入到气室内部，带动叶片5和转动轴4转动，叶片5在重力和气流作用力的共同作用下，向下运动并带动转动轴4转动，从而带动转子发电机2转动发电；当海浪上涨时，气室内部水平面上升，压缩气室内部的空气，气流自下而上通过气室的上端开口，带动叶片5和转动轴4转动，在上升气流的作用力下，叶片 5克服自身重力，并借由角度调节组件，自动调整叶片5与转动轴4之间的夹角，无论气流方向朝上还是朝下，叶轮组件均能朝同一方向转动带动转动轴4和转子发动机发电，提升了波浪能采集效率和发电效率。
[0065]
进一步地，如图5-7所示，上述角度调节组件包括设于叶片 5叶柄处的滑块51，上述转动轴4的外侧壁上设有弧形滑槽41，上述滑块51滑动设于上述弧形滑槽41内部。
[0066]
在本实施方式中，请参照图5和6，弧形滑槽41为滑块51 的运动提供导向和限制，且滑块51设于叶片5的叶柄处，当滑块 51在弧形滑槽41内滑动时，滑槽受限于弧形滑槽41的轨迹导向，带动叶片5沿着弧形滑槽41运动的同时，带动叶片5关于叶柄偏转，从而使得叶片5随着气流发生自动偏转，当叶片5在不同方向的气流作用力下时，仍然可以带动叶轮朝同一方向进行旋转。
[0067]
当气流从外部大气进入到整流罩1小口内时，叶片5受到向下气流的作用力，在气流作用力和叶片5重力的双重作用下，滑块51滑动至弧形滑槽41的槽底，气流流经叶片5表面，驱动叶轮和转动轴4转动，最终带动转子发电机2发电；当气流从整流罩1小口内喷出时，叶片5受到向上气流的作用力，气流作用力克服叶片5的重力，带动滑块51沿着弧形滑槽41上升，使得叶片5的角度发生偏转，从而在上升气流作用力下，带动叶轮同向旋转，无需外部能源输入，自适应性强，提升了波浪能采集效率和发电效率。
[0068]
进一步地，如图7所示，上述弧形滑槽41内部设有沿其长度方向延伸的限位槽42，上述滑块51的外侧壁上设有与上述限位槽42配合的限位凸起52。
[0069]
在本实施方式中，限位槽42可以配合限位凸起52，对叶片5 进行滑动限位，避免流经整流罩1小口处的气流过大，将叶片5 冲落。
[0070]
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
[0071]
尽管本文较多地使用了1-整流罩、11-导流口、12-转向口、 121-导流翅片、2-转子发电机、3-安装架、4-转动轴、41-弧形滑槽、42-限位槽、5-叶片、51-滑块、52-限位凸起、6-导流锥体、 7-固定杆、71-固定支架、72-导流凸起、8-锚定架等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何附加的限制都是与本发明精神相违背的。