專利名稱：波動(dòng)活塞換能的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于可再生能源應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種波動(dòng)活塞換能的 裝置和方法。
技術(shù)背景從上世紀(jì)70年代石油危機(jī)開始，各國(guó)開始把注意力轉(zhuǎn)移到利用本地資源和 尋找適宜廉價(jià)的能源上，21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，人類向大海索取資源成為必然 的趨勢(shì)，波浪發(fā)電是繼潮汐發(fā)電之后發(fā)展最快的海洋能源的利用，到目前為止， 世界上已有日本、英國(guó)、愛爾蘭、挪威、西班牙、瑞典、丹麥、印度、美國(guó)和 我國(guó)等國(guó)家和地區(qū)在海上建立了波浪發(fā)電裝置，漂浮在海面上，或固定在海岸 邊，IOO多年來各國(guó)科學(xué)家提出300多種設(shè)想，發(fā)明了各種各樣的發(fā)電裝置，但 普遍存在發(fā)電功率小，發(fā)電的質(zhì)量差，單機(jī)容量在千瓦級(jí)以下，我國(guó)在波浪發(fā) 電技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先地位，己建成的兩座幾百千瓦級(jí)的波浪發(fā)電裝置，都 屬于國(guó)家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，至今為止，波浪發(fā)電技術(shù)仍未達(dá)到普及應(yīng)用水平。波浪能是可再生能源中最不穩(wěn)定的能源，波浪不能定期生產(chǎn)，并具有能 量強(qiáng)、速度慢和周期變化的特點(diǎn)，現(xiàn)有技術(shù)的不足在于1)采能效率低；2) 被轉(zhuǎn)換的二次能不穩(wěn)定；3)對(duì)于海域環(huán)境適應(yīng)性差。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種波動(dòng)活塞換能的裝 置，以期實(shí)現(xiàn)高效采能，并轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定能直接應(yīng)用的二次能。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計(jì)方案一種波動(dòng)活塞換能的裝置，它包括在海面上構(gòu)建一用于接收及換能的 高位水庫(kù)；水庫(kù)下方置有采能系統(tǒng)單元，包括一組置入海里的活塞筒及內(nèi)含 的活塞體，活塞筒上方為與其貫通的增壓管， 一浮于海平面的浮球套設(shè)在活 塞筒及增壓管上，在增壓管中設(shè)有止回流單向閥，在活塞體上設(shè)有進(jìn)水增壓 單向閥；在活塞體底端聯(lián)設(shè)一級(jí)以上的阻力障板。
本發(fā)明的波動(dòng)活塞換能的方法是利用上述波動(dòng)活塞換能的裝置實(shí)現(xiàn)，其 工作過程是活塞筒運(yùn)動(dòng)，活塞體相對(duì)于活塞筒為一相對(duì)固定的支撐點(diǎn)，在波 浪能的作用下，把海水增壓并注入到居于高位的水庫(kù)中以實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。 所述的浮球與活塞體是非剛性連接的兩結(jié)合體。所述置于海域內(nèi)的活塞筒與其內(nèi)含的活塞體之間的配合長(zhǎng)度應(yīng)大于所置 海域的最大波高。本發(fā)明的工作過程是活塞筒運(yùn)動(dòng)，活塞體相對(duì)于活塞筒為一相對(duì)固定的 支撐點(diǎn)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)施方便，適應(yīng)于各種環(huán)境的海域；2) 能量轉(zhuǎn)換效率高、質(zhì)量高。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明波動(dòng)活塞換能的裝置為海上結(jié)構(gòu)體，由兩大部分組 成 一部分為用于接收及換能的高位水庫(kù)3， 一部分為置于水庫(kù)下方且浮于 海面上的的采能系統(tǒng)單元。所述在海面上構(gòu)建的高位水庫(kù)與主體結(jié)構(gòu)為一體，其高度是由設(shè)計(jì)水頭高 度要求而定的，給二次能的應(yīng)用提供一個(gè)固定高度的水頭穩(wěn)定的能源，在波浪 能的作用下，把海水增壓并注入到居于高位的水庫(kù)中就實(shí)現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)換的目的。所述水庫(kù)下方的采能單元裝置包括一組置入海里的活塞筒4及內(nèi)含的活 塞體5，活塞筒上方為與其貫通的增壓管2，增壓管2頭部插入高位水庫(kù)，且 上端口高于水庫(kù)底面。 一浮于海平面的浮球1套設(shè)在活塞筒4及增壓管2上。 在增壓管中設(shè)有止回流單向閥7 (設(shè)在增壓管的變徑處為佳)，在活塞體上 設(shè)有進(jìn)水增壓?jiǎn)蜗蜷y8;在活塞體5的底端聯(lián)設(shè)多級(jí)阻力障板6。所述活塞筒與其內(nèi)含的活塞體之間的配合長(zhǎng)度應(yīng)大于所置海域的最大波高?；钊w5比重確定原則應(yīng)滿足其旋浮深水中的高度最高點(diǎn)離活塞筒頂 點(diǎn)距離h應(yīng)大于本海域的最大波高。 所述的浮球1與活塞體5是非剛性連接的兩組合體?；钊?與活塞體 5應(yīng)滿足萬(wàn)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，其定經(jīng)長(zhǎng)度H及配合間隙S應(yīng)滿足空間機(jī)構(gòu)自由度的要求，潔寨簡(jiǎn)的水壓力是由深水阻力障扳6有效載面積之和與潔賽的有 效載面積D、/ &所決定。水面上的浮球1是本裝置的載體，更是采能的主體，它的幾何型狀可以 是圓錐漏斗型的，決定它對(duì)波浪的方向無(wú)選擇性，全方位采集波浪能，受波 能作用使其向上浮動(dòng)一一即迫使活塞筒4向上運(yùn)動(dòng)，與相對(duì)于浮球1相對(duì)靜 止的處于深水的活塞體5產(chǎn)生相對(duì)位移，這一過程稱為波浪能的作功期，也 是采能過程。當(dāng)波浪能消失，由于本身的質(zhì)量及高位水庫(kù)的質(zhì)量'受地球引力 作用以一定速度下沉，其動(dòng)量完全作用在與之相對(duì)固定的活塞體5上，同時(shí) 使活塞筒內(nèi)的水壓力增加，擠壓到高位水庫(kù)中，吸收浮球l動(dòng)量并轉(zhuǎn)化為高 位水庫(kù)的位能，從而實(shí)現(xiàn)了高效采能，并轉(zhuǎn)化為一定髙度的穩(wěn)定的位能，活 塞筒4內(nèi)的壓力決定于浮球1的總質(zhì)量，還決定于活塞筒4的有效載面積與 水下的阻力障板6的有效載面積的比值，因02,&和〉〉〉(12，所以判斷活塞體5相 對(duì)浮球1是個(gè)隨機(jī)定位定向的固定障礙體。由于活塞體5的比重決定它離海 平面的距離是一不變的定值.并且由于它處于深水中受海面波浪影響可忽略 不計(jì)，故當(dāng)浮球1受波能作用時(shí)只能沿二者的中軸線發(fā)生相對(duì)的運(yùn)動(dòng)，活塞 體5與活塞筒4互相制約。就是采用了這種方法，確保兩者在動(dòng)蕩的海洋環(huán) 境下，實(shí)現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，方向相反，作用力保持垂直，獲得最大的換能效率。本發(fā)明波動(dòng)活塞換能的裝置屬于可再生能源應(yīng)用技術(shù)的領(lǐng)域，將綠色的 可再生的波浪能源轉(zhuǎn)化為有效的機(jī)械能。其具體工作過程通過海面浮球采 集波浪能，受波能作用使其向上浮動(dòng)產(chǎn)生位能，波浪消失浮球下沉，其動(dòng)量 作用在與之相對(duì)靜止固定的活塞上，活塞筒的水壓增大，增壓管的止回流單 向閥7和活塞體的進(jìn)水增壓?jiǎn)蜗蜷y8打開閉合，經(jīng)增壓管把高壓水壓入高位 水庫(kù)，具有位能的高位水頭是可直接應(yīng)用的二次能源，采用自由定位定向固 定活塞的方法，實(shí)現(xiàn)波浪能高效率的轉(zhuǎn)換，并把無(wú)序的波浪能一次轉(zhuǎn)換為可 直接利用的穩(wěn)定的二次能源?？芍苯佑糜诎l(fā)電，建立海上工廠，搞海水淡化、 制氫以及錳結(jié)核的開采。
權(quán)利要求
1、一種波動(dòng)活塞換能的裝置，其特征在于它包括在海面上構(gòu)建一用于接收及換能的高位水庫(kù)；水庫(kù)下方置有采能系統(tǒng)單元，包括一組置入海里的活塞筒及內(nèi)含的活塞體，活塞筒上方為與其貫通的增壓管，一浮于海平面的浮球套設(shè)在活塞筒及增壓管上，在增壓管中設(shè)有止回流單向閥，在活塞體上設(shè)有進(jìn)水增壓?jiǎn)蜗蜷y；在活塞體底端聯(lián)設(shè)一級(jí)以上的阻力障板。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的波動(dòng)活塞換能的裝置，其特征在于所述的浮 球與活塞體是非剛性連接的兩結(jié)合體。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的波動(dòng)活塞換能的裝置，其特征在于所述置于 海域內(nèi)的活塞筒與其內(nèi)含的活塞體之間的配合長(zhǎng)度大于所置海域的最大波 高。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的波動(dòng)活塞換能的裝置，其特征在于所述的活 塞筒離海平面的深度大于高位水庫(kù)離海平面的高度。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的波動(dòng)活塞換能的裝置，其特征在于所述在增 壓管中設(shè)有的止回流單向閥設(shè)在增壓管的變徑處。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種波動(dòng)活塞換能的裝置，其包括在海面上構(gòu)建一用于接收及換能的高位水庫(kù)；水庫(kù)下方置有采能系統(tǒng)單元，包括一組置入海里的活塞筒及內(nèi)含的活塞體，活塞筒上方為與其貫通的增壓管，一浮于海平面的浮球套設(shè)在活塞筒及增壓管上，在增壓管中設(shè)有止回流單向閥，在活塞體上設(shè)有進(jìn)水增壓?jiǎn)蜗蜷y；在活塞體底端聯(lián)設(shè)一級(jí)以上的阻力障板。所述的浮球與活塞筒是非剛性連接的兩組合體；置于海域內(nèi)的活塞筒與其內(nèi)含的活塞體之間的配合長(zhǎng)度大于所置海域的最大波高。本發(fā)明可將再生的波浪能源轉(zhuǎn)化為有效的機(jī)械能，可直接用于發(fā)電，建立海上工廠，搞海水淡化、制氫以及錳結(jié)核的開采。
文檔編號(hào)F03B13/16GK101162009SQ200610113659
公開日2008年4月16日 申請(qǐng)日期2006年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月11日
發(fā)明者祁國(guó)英 申請(qǐng)人:祁國(guó)英