專利名稱：往復(fù)式海浪發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將海浪低速無序的低品位機械能量轉(zhuǎn)換為高品位能量的裝置，尤其 是一種往復(fù)式海浪發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
海洋面積占地球表面的70%以上，海浪能是海洋能源中最豐富、最普遍、取之不盡、 用之不竭而又較好利用的最可靠資源。波浪能又是海洋能中所占比重較大的海洋能源。
海水的波浪運動產(chǎn)生十分巨大的能量。據(jù)估算，世界海洋中較容易利用的波浪能達700 億千瓦以上，占全部海洋比較容易利用能量的94%以上。
波浪能是最清潔的可再生資源，它的開發(fā)利用，將從根本上緩解由于礦物能源逐漸 枯竭的危機，改善由于燃燒礦物能源對環(huán)境造成的破壞。
以往，人們把海浪能看作是無序、分散、間斷、不可控的低速、低品位機械能，認 為不容易利用，要利用必須經(jīng)過中間環(huán)節(jié)使之有序、集中、連續(xù)、可控，再變?yōu)楦咚俸?才可利用。
IOO多年來，世界各國科學(xué)家不懈努力，提出了數(shù)百種設(shè)想，發(fā)明了各種各樣的波 浪能發(fā)電裝置。目前經(jīng)研究開發(fā)，已比較成熟的波浪發(fā)電裝置基本上有下列三類-
一是"波浪壓縮空氣型"，用一個容積固定的、與海水相通的容器裝置，通過波浪 產(chǎn)生的水面位置變化引起容器內(nèi)的空氣容積發(fā)生變化，壓縮容器內(nèi)的空氣，用壓縮空氣 驅(qū)動葉輪，帶動發(fā)電裝置發(fā)電；
二是"機械驅(qū)動液體型"，利用波浪的運動推動中間裝置的活動機械部分——鴨體、 筏體、浮子等，活動機械部分驅(qū)動油或水等中間介質(zhì)，通過中間介質(zhì)推動發(fā)電裝置發(fā)電。
三是"海浪積蓄下流型"，利用收縮水道將漲潮時的海浪引入高位水庫形成水位差 (水頭)，利用水頭下流直接驅(qū)動水輪發(fā)電機組發(fā)電。
其它類型的機械能轉(zhuǎn)換裝置由于難以達到持續(xù)、穩(wěn)定、集中、勻速可控的程度，利 用起來較困難，應(yīng)用較少。
這三種類型雖然各有優(yōu)點，但它們共同的缺點是1、海浪能轉(zhuǎn)換成電能的中間環(huán) 節(jié)多，設(shè)備復(fù)雜，效率低，不容易形成規(guī)模；2、只能部分的利用海浪機械能，不能把 無序的、分散的、低密度的、不穩(wěn)定的波浪能吸收起來，發(fā)電成本高；3、海浪能量轉(zhuǎn)
4換裝置及其構(gòu)筑物承受災(zāi)害性海洋氣候的能力差，不容易抵抗臺風(fēng)、海嘯的破壞，安全 隱患較大。這是當(dāng)今海浪能開發(fā)利用的主要難題。
最近英國等西歐國家開發(fā)出了浮筒式海蛇技術(shù)，他們使用幾個串接在一起的浮筒騎 在海浪上，利用海浪的起伏坡角的變化來推動浮筒的活塞發(fā)電，這種方式的確可以使得 系統(tǒng)的抗風(fēng)浪性得以增強，但因為波浪的起伏本身其實很平緩，角度變化也很小，且它 是垂直于波峰線的，所以一串浮筒只能對應(yīng)很小寬度的波浪，效率并不理想，其抗臺風(fēng)、 海嘯的能力也不夠，并沒有克服上述難題。
由于各種各樣的技術(shù)問題，海浪發(fā)電成本比熱電高io倍左右且存在安全隱患。
科技不是越復(fù)雜越好，正相反，能用最簡單的設(shè)備和方法解決人們一直認為不容易 解決的問題就是高科技。要想提高海浪發(fā)電的實用化水平，必須解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上 述主要難題，擺脫現(xiàn)有觀念的束縛，減少中間環(huán)節(jié)，利用簡單方便的可靠裝置，適應(yīng)海 浪運動的實際情況，實現(xiàn)海浪能量的轉(zhuǎn)換。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述難題而提供的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，尤其是一種機構(gòu)簡 單、不用中間介質(zhì)、中間環(huán)節(jié)少、運行安全、可將海浪無序的機械能比較充分地轉(zhuǎn)換為 電能的往復(fù)式海浪發(fā)電裝置。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種將海浪無序低速的機械能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置，尤其是往復(fù)式海浪發(fā)電裝置， 特征在于由漂浮采能裝置、漂浮推桿、擺動杠桿、滑動齒條、棘輪齒輪、變速蓄能裝置、 蓄能飛輪和發(fā)電機組組成；漂浮采能裝置通過與其活動連接的漂浮推桿將能量傳遞給擺
動杠桿，擺動杠桿與滑動齒條呈活動連接，棘輪齒輪分為順轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)兩種，均與滑動齒 條嚙合，棘輪齒輪帶動變速蓄能裝置和蓄能飛輪轉(zhuǎn)動，蓄能飛輪帶動發(fā)電機工作。
漂浮采能裝置為一種比重小于海水的固體漂浮物，其上可'活動地連接漂浮推桿。
漂浮推桿為比重小于海水的能量傳動桿，其一端與漂浮采能裝置呈活動連接，另一 端有推桿撥銷，推桿撥銷位于擺動杠桿的推桿滑孔內(nèi)。
擺動杠桿為一可轉(zhuǎn)動地固定在擺桿支座上的杠桿，其另一端有齒條滑孔，通過齒條 撥銷與齒條活動連接。
齒條可滑動地安裝在齒條滑座上，棘輪齒輪分為順轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)兩種，均與齒條嚙合。
變速蓄能裝置和蓄能飛輪位于棘輪齒輪與發(fā)電機之間。
蓄能飛輪與測速發(fā)電機和發(fā)電機組相連，測速發(fā)電機與發(fā)電機組啟動控制系統(tǒng)相
5連。
與漂浮采能裝置兩端相連的另一種能量轉(zhuǎn)換裝置為液壓或氣壓活塞缸裝置。 活塞缸裝置的一端與漂浮采能裝置的牽制繩相連，另一端可滑動地固定在側(cè)壁上的 活塞缸滑座內(nèi)。
另外的能量利用裝置為制氫、淡化海水、食品加工裝置以及其它工業(yè)機械。 下面結(jié)合附圖進一步說明-


圖1為本發(fā)明的往復(fù)式海浪發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的漂浮采能裝置示意圖； 圖3為本發(fā)明的變速蓄能及發(fā)電控制示意圖； 圖4為本發(fā)明的海浪轉(zhuǎn)向返流設(shè)施示意圖中1、漂浮采能裝置，2、漂浮推桿，3、擺動杠桿，4、滑動齒條，5、棘輪齒 輪，6、發(fā)電機，7、活塞缸裝置，8、海浪轉(zhuǎn)向返流設(shè)施，101、牽制繩，201、推桿撥 銷，300、擺桿支座，301、推桿滑槽孔，302、齒條滑槽孔，401、齒條撥銷，402、齒 條滑動座，500、棘輪從動輪，501、變速蓄能裝置，502、蓄能飛輪，6'測速電機，701、 活塞缸滑動座，801海浪轉(zhuǎn)向壁，802、海浪返流壁。
具體實施例方式
參見圖1、圖2和圖3，
一種往復(fù)式海浪發(fā)電裝置，特征在于由漂浮采能裝置l、漂浮推桿2、擺動杠桿3、 滑動齒條4、棘輪齒輪5 、變速蓄能裝置501、蓄能飛輪502和發(fā)電機組6組成；漂浮 采能裝置1通過與其活動連接的漂浮推桿2將能量傳遞給擺動杠桿3，擺動杠桿3與滑 動齒條4呈活動連接，棘輪齒輪5分為順轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)兩種，均與滑動齒條4嚙合，棘輪齒 輪5帶動變速蓄能裝置501和蓄能飛輪502轉(zhuǎn)動，蓄能飛輪502帶動發(fā)電機6工作。
漂浮采能裝置1為一種比重小于海水的固體漂浮物，比較優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是截面呈"n"
字型或"T"字型的長條形漂浮物，使其漂浮在水面上，小部分露出水面為佳。水平漂 浮面的制作材料可用多個廢舊汽車輪胎連接組成；沿長條形水平漂浮物的長軸呈垂直連 接(如倒掛的墻壁樣)的海水推動受力面可以是一個面，也可以是兩個平行的面，可由 耐海水腐蝕的材料，如陶瓷、鋼化玻璃、玻璃纖維、塑料、防腐金屬、防腐木材等制作。 漂浮采能裝置1上可活動地連接漂浮推桿2。漂浮采能裝置1的這種設(shè)計一方面是為了 適應(yīng)海水漲落變化，另一方面也是為了最大限度地采集能量。由于海浪具有向岸性，因此就將長條形的漂浮采能裝置1沿著與海岸平行的方向設(shè)置，使浪潮的能量垂直作用于 豎直的受力面，其離岸距離根據(jù)波動周期和波速而定。在海浪較小時，漂浮采能裝置1 的垂直受力面盡量大，以獲取足夠多的能量，當(dāng)海浪過大時，可將部分垂直板變?yōu)樗?板，避免設(shè)施破壞，以取得足夠能量為準；當(dāng)臺風(fēng)或海嘯來臨時，可將漂浮采能裝置1 沉入海底或拆散后搬至岸上，災(zāi)害天氣過后繼續(xù)工作。
漂浮推桿2為比重略小于海水的能量傳動桿，漂在海面上，其一端與漂浮采能裝置 l呈活動連接，另一端有推桿撥銷201，撥銷201位于擺動杠桿3的推桿滑孔301內(nèi)。
擺動杠桿3為一可轉(zhuǎn)動地固定在擺桿支座300上的杠桿，其另一端有齒條滑孔302， 通過齒條撥銷401與齒條4呈活動連接。
推桿滑孔301和齒條滑孔302是位于擺動杠桿3兩端的長條形滑孔，分別與推桿撥 銷201和齒條撥銷401滑動連接。
齒條滑動座402固定在海岸上，齒條4可滑動地安裝在齒條滑動座402上，棘輪齒 輪5分為順轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)兩種，均與齒條4嚙合。當(dāng)齒條4隨著漂浮推桿2的運動而往復(fù)運 動時，分別帶動棘輪齒輪5正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。棘輪齒輪5帶動棘輪從動輪500轉(zhuǎn)動。棘輪從 動輪500再帶動變速蓄能裝置501和蓄能飛輪502轉(zhuǎn)動。
變速蓄能裝置501和蓄能飛輪502位于棘輪齒輪4與發(fā)電機6之間。
當(dāng)漂浮采能裝置1隨海浪的潮流往復(fù)運動時，就會通過擺動杠桿3使滑動齒條4作 往復(fù)運動，棘輪齒輪5在滑動齒條的帶動下根據(jù)棘輪的轉(zhuǎn)動要求分別作順轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)，同 時帶動棘輪從動輪500轉(zhuǎn)動。變速蓄能裝置501為一組將低速能轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚倌艿凝X輪傳 動裝置及飛輪蓄能裝置，安裝在海岸上，由棘輪齒輪的從動輪500帶動。當(dāng)然，變速蓄 能裝置501的功能也可由變速箱實現(xiàn)。但最終輸出還是以蓄能飛輪502為好。
發(fā)電機6由若干個發(fā)電機組成，均由能量輸出裝置——蓄能飛輪502帶動工作。在 若干個發(fā)電機中有一個為測速發(fā)電機6 '。
蓄能飛輪502與測速發(fā)電機6 '相連，測速發(fā)電機6 '與發(fā)電機組啟動控制系統(tǒng)相連。
就發(fā)電而言，由于發(fā)電機要發(fā)出恒定頻率與恒定電壓的電，必須保證發(fā)電機轉(zhuǎn)子的 轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，采用上述能量轉(zhuǎn)換及變速蓄能，特別是利用慣性飛輪工作后，就可使海浪無 序的機械能變?yōu)楦咚儆行虻目衫媚茉?。在發(fā)電機6啟動前，首先將漂浮采能裝置l啟 動，漂浮推桿2帶動滑動齒條4往復(fù)運動，帶動棘輪齒輪5轉(zhuǎn)動，再帶動變速蓄能裝置 501和蓄能飛輪502轉(zhuǎn)動，當(dāng)慣性飛輪502的轉(zhuǎn)速達到發(fā)電要求時，測速發(fā)電機6'即 可通過相應(yīng)控制機構(gòu)啟動部分發(fā)電機6工作。發(fā)電機工作的轉(zhuǎn)速設(shè)定在一定的限度范圍內(nèi)，當(dāng)轉(zhuǎn)速達到上限時，測速發(fā)電機6'又可通過相應(yīng)控制機構(gòu)啟動備用發(fā)電機6工作， 增加負載；當(dāng)轉(zhuǎn)速降至下限時，測速發(fā)電機6'又可通過相應(yīng)控制機構(gòu)關(guān)閉相應(yīng)的發(fā)電 機6，減少負載；總之，蓄能飛輪502的轉(zhuǎn)速，也就是發(fā)電機的轉(zhuǎn)速一直保持恒定，這
樣就能發(fā)出恒定頻率和恒定電壓的電。當(dāng)慣性飛輪的轉(zhuǎn)速達到發(fā)電所需的速度時，海浪 再提供的能量除克服摩擦力等消耗外，全部可用于發(fā)電。由于海浪潮流的能量時常變化， 發(fā)出的電量也隨之變化，發(fā)出電量的大小，取決于漂浮采能裝置1所取得海浪能量的大 小。因為海浪的能量足夠大，只要漂浮采能裝置取得的能量足夠大，就可發(fā)出足夠大的電量。
上述能量轉(zhuǎn)換方式也可用于風(fēng)力發(fā)電或其他低速無序能量的發(fā)電。上述所說的漂浮
采能裝置1可由其它能量采集裝置代替，漂浮推桿2和擺動杠桿3由其它方式的能量傳 遞裝置代替，滑動齒條4和棘輪齒輪5以及變速蓄能等裝置均可采用本發(fā)明的模式。 海浪除向岸和離岸往復(fù)運動外，還有上下左右運動及晃動，為了充分利用這些能量，
也為了限制漂浮采能裝置1離開工作位置和緩沖能量高峰，本發(fā)明還增加了下列裝置
與漂浮采能裝置1兩端相連的另一種能量轉(zhuǎn)換裝置為液壓或氣壓活塞缸裝置7?；?塞缸裝置7的一端與漂浮采能裝置1的牽制繩101相連，另一端可滑動地固定在側(cè)壁上 的滑槽701內(nèi)。當(dāng)然，也可用其它彈性換能或蓄能裝置取代活塞缸裝置7。
下面參見圖4:
為了加強海浪離岸的能量，可在離漂浮采能裝置1的兩端不遠處設(shè)置海浪集中轉(zhuǎn)向 返流設(shè)施8，該工程設(shè)施為梯形壁，由轉(zhuǎn)向壁801和返流壁802組成。當(dāng)海浪向岸邊方 向運動時，正面的浪推動漂浮采能裝置1向岸邊方向運動，速度減慢，推動漂浮推桿做 功；旁邊的海浪速度不減，沖向轉(zhuǎn)向壁801，再轉(zhuǎn)向返流壁802，兩邊的轉(zhuǎn)向海浪集中 在一起，在返流壁802的阻擋作用下，海浪返流沖向漂浮采能裝置1，使其向離岸方向 運動。浪潮的每一個波動周期均可以使漂浮采能裝置1在海浪的推動下作一次往復(fù)運動， 如此不間斷地往復(fù)運動即可不間斷地進行發(fā)電。
本發(fā)明的往復(fù)式海浪發(fā)電裝置具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、能適應(yīng)海浪的無序變化、中間環(huán) 節(jié)少、能量轉(zhuǎn)換率高、功率大、電壓輸出穩(wěn)定、持久、能抗風(fēng)險、成本低等特點。
最后所應(yīng)說明的是，以上實施方式僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參 照上述實施方式對本發(fā)明進行了較詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，即使對 本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，只要不脫離本技術(shù)方案的精神和范圍，其均 應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1、一種將低速無序的低品位機械能量用于發(fā)電的裝置，尤其是一種往復(fù)式海浪發(fā)電裝置，特征在于由漂浮采能裝置1、漂浮推桿2、擺動杠桿3、滑動齒條4、棘輪齒輪5、變速蓄能裝置501、蓄能飛輪502和發(fā)電機6組成；漂浮采能裝置1通過與其活動連接的漂浮推桿2將能量傳遞給擺動杠桿3，擺動杠桿3與滑動齒條4呈活動連接，棘輪齒輪5分為順轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)兩種，均與滑動齒條4嚙合，棘輪齒輪5帶動變速蓄能裝置501和蓄能飛輪502轉(zhuǎn)動，蓄能飛輪502帶動發(fā)電機6工作。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的往復(fù)式海浪發(fā)電裝置，其特征在于漂浮采能 裝置1為一種比重小于海水的固體漂浮物，其上可活動地連接漂浮推桿2。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的往復(fù)式海浪發(fā)電裝置，其特征在于漂浮推桿 2為比重小于海水的能量傳動桿，其一端與漂浮采能裝置1呈活動連接，另 一端有推桿撥銷201 ，推桿撥銷201位于擺動杠桿3的推桿滑孔301內(nèi)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)式海浪發(fā)電裝置，其特征在于擺動杠桿 3為一可轉(zhuǎn)動地固定在擺桿支座300上的杠桿，其另一端有齒條滑孔302， 通過齒條撥銷401與齒條4呈活動連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的往復(fù)式海浪發(fā)電裝置，其特征在于齒條4可 滑動地安裝在齒條滑座402上，棘輪齒輪5分為順轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)兩種，均與齒 條4嚙合。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的往復(fù)式海浪發(fā)電裝置，其特征在于變速蓄能 裝置501和蓄能飛輪502位于棘輪齒輪5與發(fā)電機6之間。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的往復(fù)式海浪發(fā)電裝置，其特征在于蓄能飛輪502與測速發(fā)電機6 '相連，測速發(fā)電機6 '與發(fā)電機啟動控制系統(tǒng)相連。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)式海浪發(fā)電裝置，其特征在于與漂浮采 能裝置1長軸兩端相連的另一種能量轉(zhuǎn)換裝置為液壓或氣壓活塞缸裝置7， 活塞缸裝置7的一端與漂浮采能裝置1的牽制繩101相連，另一端可滑動 地固定在側(cè)壁上的滑槽701內(nèi)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)式海浪發(fā)電裝置，其特征在于離漂浮采 能裝置1的兩端不遠處設(shè)置海浪集中轉(zhuǎn)向返流設(shè)施8,該工程設(shè)施為梯形壁， 由轉(zhuǎn)向壁801和返流壁802組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種將低速無序的低品位機械能量用于發(fā)電的裝置，尤其是往復(fù)式海浪發(fā)電裝置，特征在于由漂浮采能裝置、漂浮推桿、擺動杠桿、滑動齒條、棘輪齒輪、變速蓄能裝置、蓄能飛輪和發(fā)電機組成；漂浮采能裝置通過與其活動連接的漂浮推桿將能量傳遞給擺動杠桿，擺動杠桿與滑動齒條呈活動連接，棘輪齒輪分為順轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)兩種，均與滑動齒條嚙合，棘輪齒輪帶動變速蓄能裝置和蓄能飛輪轉(zhuǎn)動，蓄能飛輪帶動發(fā)電機工作。本發(fā)明利用的能源為無污染能源，除用于發(fā)電外，還可作為制氫、淡化海水、食品及各種工農(nóng)業(yè)品加工的能量。
文檔編號F03B13/14GK101684768SQ20081022341
公開日2010年3月31日 申請日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月27日
發(fā)明者卓小勤, 益 張, 張吉林 申請人:北京三維正基科技有限公司