一种基于波浪能的能源转换装置

1.本发明涉及可再生能源利用领域，具体是一种基于波浪能的能源转换装置。


背景技术：

2.海洋能源作为取之不尽的可再生能源，其可以利用的潜力是巨大的。到目前为止，海洋能尚未得到充分有效的开发。其中，波浪能作为海洋能源的一个重要方面，也是近年来研究的热点。
3.波浪能作为广泛存在的一种主要海洋能源，是一种机械能，在能量转换中相对简单，但是其实践也存在较多的难题。其中，由于波浪的幅度、方向均毫无规律，设备的能源转换利用效果不好，且设备需要浸泡在海水中，故很容易损坏，且难以维护。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于波浪能的能源转换装置，它对多维度的海浪能进行高效转化，且易于维护。
5.本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
6.一种基于波浪能的能源转换装置，包括缓冲模块和转化模块，所述缓冲模块为浮在海上的闭合结构，所述转化模块设置在缓冲模块内且独立设置，所述转化模块包括浮在海上的安装盘，所述安装盘上居中的设有圆形口，所述安装盘上周向阵列安装有多组捕捉机构，所述捕捉机构包括伸缩杆、连杆、轮架，所述伸缩杆相对安装盘的周侧边缘伸缩配合，所述轮架沿安装盘的径向具有直线滑动行程，所述连杆的一端与伸缩杆内端铰接，且所述连杆的另一端与轮架铰接，所述轮架上安装有拖轮，所述拖轮上绕过有绳索，所述绳索的一端固定在安装盘上，所述绳索的另一端贯穿圆形口向下延伸，所述安装盘的下方设有液压缸，所述液压缸基于绳索的提拉实现对介质油的泵吸。
7.所述缓冲模块包括直立延伸的直柱形缓冲筒，所述缓冲筒外壁的顶部设有环形气囊，所述安装盘设置在缓冲筒内。
8.所述液压缸围绕安装盘下方呈环形分布，所述液压缸包括与其伸缩配合的缸杆，所述缸杆的顶端与绳索的底端固定连接，绳索的底端设有位于液压缸底部的缸塞，所述缸塞的下方是油腔，所述缸塞的上方是气腔，所述液压缸的底端设有与油腔相连通的吸口，所述吸口上设有仅限向油腔内单向通行的第一单向阀，所述液压缸的底部还设有与油腔连通的排口，所述排口上设有仅限于油腔向外排出的第二单向阀。
9.所述液压缸的下方设有油缸，所述液压缸的周侧设有将其包围在内的环形的储能箱，所述油腔通过吸口与油缸连通，所述油腔通过排口与储能箱连通，在储能箱到油箱的回路管路上设置液压马达，所述液压马达的输出轴上传动连接有发电机。
10.所述液压缸、油箱、储能箱、液压马达和发电机的外部设有机壳，所述机壳的顶部设有与安装盘底面固定连接的固定架，所述机壳的底部设有锚索。
11.在安装盘上的外侧设有与其径向对应延伸的滑槽，所述轮架的底面上居中的设有
滑条，所述滑条贯穿滑槽并与滑槽滑动配合，所述滑条位于安装板下方的一端固定有t型板，所述t型板的顶面以及轮架的底面上均设有凸起的球形凸块，通过球形凸块与安装盘上下端面接触配合。
12.所述圆形口上可转动的安装有转动轴为水平的导向滑轮，所述滑槽的内端设有固定在安装盘上的门型架，所述门型架上可转动的安装有转动轴垂直安装盘的限位滑轮，所述绳索绕过拖轮后依次绕过限位滑轮和导向滑轮后向下延伸。
13.所述安装盘的边侧设有导向滑套，所述伸缩杆贯穿对应位置的导向滑套，且所述伸缩杆沿安装盘径向与导向滑套滑动配合。
14.所述安装盘的外部设有罩壳，所述罩壳的周侧设有至少两个对应的挡杆，所述挡杆的内端固定在罩壳上，所述挡杆的外端向上向外延伸，所述挡杆外端到安装盘外侧的最短距离大于安装盘直径与缓冲筒直径之差。
15.所述挡杆为4根，并在挡杆的外端设有铰接头，相邻能源转换装置的挡杆上端铰接连接，使能源转换装置布局为矩阵结构。
16.对比现有技术，本发明的有益效果在于：
17.本能源转换装置能够通过缓冲模块与转化模块的自由设置，不但获得对波浪能多维度的吸收能力，而且具有强化的转化能力。且对于波浪能无法吸收的维度，如上下浮动层面的维度，并不会对装置的组件及连接结构造成磨损和影响，故不被吸收的波浪能的能量被二者的独立而阻断，实现了对复杂波浪能的抗干扰能力。且捕捉结构连接关系简单，无精密的传导组件，也不需要精密的密封结构配合，故成本低，且不宜损坏。
附图说明
18.图1是本发明的整体示意图。
19.图2是本发明的侧视图。
20.图3是本发明的俯视图。
21.图4是本发明图3的a-a剖面结构示意图。
22.图5是本发明组件拆分示意图。
23.图6是本发明转化模块的内部结构示意图。
24.图7是本发明捕捉波浪能的原理示意图。
25.图8是本发明轮架及托轮的示意图。
26.图9是本发明轮架及托轮的示意图。
27.图10是本发明实施例2的组合装配示意图。
28.图11是本发明实施例2的组合装配示意图。
29.附图中所示标号：
30.1、缓冲筒；2、罩壳；3、安装盘；4、伸缩杆；5、碰头；6、连杆；7、轮架；8、固定铆；9、限位滑轮；10、导向滑轮；11、滑槽；12、滑条；13、t型板；14、球形凸块；15、拖轮；16、圆形口；17、门型架；18、绳索；19、液压缸；20、缸杆；21、排口；22、吸口；23、储能箱；24、油箱；25、机壳；26、挡杆；27、导向滑套。
具体实施方式
31.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所限定的范围。
32.下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。
33.实施例1：一种基于波浪能的能源转换装置
34.现有技术有许多对于波浪能的利用还存在很多的问题，其中比较突出的问题包括：
35.首先，设备浸泡在海水中，海浪的冲击、恶劣的天气都会对设备造成快速的腐蚀，和机械扭力破坏，故精密的传动组件，例如齿轮传动等，以及密封结构很难在海洋中正常作业持久，且基于难以维护的问题，以及高昂的更换成本，使得能源转换有意义而难以给出正向的经济价值。
36.再有，波浪的幅度、方向都没有规律，难以捕捉，更难以转换。现有的设备，由于海浪方向的不确定性，造成了大部分的能源转换装置在吸收和捕捉海浪推力的方式都需要多维度的转动或滚动连接结构，对海浪推力实现适应，并只能够获取单一方向推力进行转化，效率很差。而关节结构、和各种摆动结构，是易于磨损的薄弱结构，加剧了设备的损耗成本。
37.本结构在设计的时候，经过几次改进，都难以解决对海浪吸收过程中关节或转动连接中的能量损耗和设备磨损问题。经过创造性的突破，打破了连接关系的束缚，采用自由的套接结构。使得对海浪的适应更加自由。具体结构如下：
38.包括缓冲模块、转化模块；
39.所述缓冲模块是一个环形件，不局限于本实施例也可以是围合结构的菱形、方形或任意形状，只要是围合结构周侧闭合的即可。但是我们选择环形件，是最有优势的，能够响应海浪推送的同时，其周面圆弧的造型能够顺应海浪推送，减少磨损。
40.所述缓冲模块包括直立延伸的缓冲筒1，所述缓冲筒1的周面外壁的顶部固定有环形气囊，用于保持在海上的浮力，且有利于保持缓冲筒1在海里竖直浮动的稳定性。
41.所述转化模块设置在缓冲模块的环形体内部，所述缓冲模块和转化模块相对独立，互相之间不通过任何组件连接。所述缓冲模块的重量远小于转化模块。
42.所述转化模块包括一个环形的安装盘3，所述安装盘3的底部或者周侧设有浮力件，用于使得安装盘3能够像一艘小船一样浮在水面上。所述安装盘3设置在缓冲筒1的内圈，所述安装盘3上周向环形阵列的安装有5组捕捉机构。
43.所述捕捉机构用于对缓冲模块随海浪的浮动的动作变化进行捕捉。包括伸缩杆4、连杆6、轮架7、固定铆8、限位滑轮9、导向滑轮10。
44.在安装盘3上的外侧设有与其径向对应延伸的滑槽11，所述轮架7沿着滑槽11相对安装盘3沿安装盘3的径向滑动配合。具体结构是轮架7为u型结构，所述轮架7的底面上居中的设有滑条12，所述滑条12贯穿滑槽11并与滑槽11滑动配合，所述滑条12位于安装板下方的一端固定有t型板13，所述t型板13与轮架7配合实现在滑槽11两侧与安装盘3的安装配合，所述t型板13的顶面以及轮架7的底面上均设有凸起的球形凸块14，通过球形凸块14与
安装盘3上下端面接触配合，减少滑动的摩擦力，减少磨损。同时通过球形凸块14代替滚珠结构，能避免滚动结构的磨损，且结合海中的浮力所用，本结构同样能够具有较好的降低摩擦力的效果。且经久耐用，不易损坏。
45.所述轮架7靠近安装盘3中央的一侧可转动的安装有拖轮15，
46.所述安装盘3的中央设有圆形口16，所述圆形口16上设有与滑槽11冲齐的安装槽，所述导向滑轮10安装在安装槽内，所述导向滑轮10的转动轴为水平；
47.所述限位滑轮9可转动的安装在门型架17上，所述门型架17固定在安装盘3上，所述门型架17对应滑槽11的内端设置，所述限位滑轮9的转动轴与安装盘3垂直设置；
48.所述固定铆8固定在滑槽11内端侧旁侧，所述拖轮15上绕过有绳索18；所述绳索18的一端固定在固定铆8上，所述绳索18自外侧绕过拖轮15后，依次绕过限位滑轮9和导向滑轮10后向下延伸。所述绳索18绕过限位滑轮9的时候，自门型架17内穿过。通过限位滑轮9和导向滑轮10对绳索18实现导向和辅助的作用。使得绳索18被拖轮15拉动后，自圆形口16贯穿向下。
49.所述伸缩杆4设置在滑槽11的一侧，所述安装盘3的边侧设有导向滑套27，所述伸缩杆4贯穿对应位置的导向滑套27，实现伸缩杆4沿安装盘3径向的伸缩滑动配合。所述伸缩杆4的外端设有球形曲面的碰头5，所述伸缩杆4的内端设有铰接座，所述连杆6的一端与铰接座铰接，所述连杆6的另一端与轮架7铰接，当伸缩杆4内缩的时候，通过连杆6简单传动使得轮架7向外滑动，从而拖动绳索18上提。当所述轮架7位于滑槽11内端的时候，所述伸缩杆4外端到安装盘3圆心的距离与缓冲筒1的半径相适应。
50.所述安装盘3的外部可以设置一个环形的罩壳2，所述罩壳2的中央设有窗口，通过罩壳2对内部结构实现物理保护，防止生物破坏。但不用防水。对密封无特殊要求。
51.所述罩壳2的周侧设有至少两个对应的挡杆26，所述挡杆26的内端固定在罩壳2上，所述挡杆26的外端向上向外延伸，所述挡杆26外端到安装盘3外侧的最短距离大于安装盘3直径与缓冲筒1直径之差，从而当缓冲筒1晃动剧烈的时候，也不会从上侧脱离安装盘3。而挡杆26的高度设置，可以给缓冲筒1上下起伏充足的空间，使得缓冲筒1能够随波浪自由晃动。
52.本捕捉机构的原理是：当无任何外力的情况下，且当缓冲筒1与安装盘3居中套设的情况下，5个碰头5正好贴近缓冲筒1的内壁。而缓冲筒1相对安装盘3只要存在相对位移，就会触发和压动伸缩杆4内缩，实现对缓冲筒1机械动作的能量捕捉。
53.当海浪冲击整个装置的时候，基于自重及底部的锚索，转化模块随海浪的浮动相比缓冲筒1小很多，缓冲筒1在海浪的冲击下在安装盘3外部相对安装盘3大幅度的摆动和晃动，在相对的晃荡中缓冲筒1的内壁不断获得相对安装盘3位置的变化，从而不断的压入对应位置的伸缩杆4。通过连杆6的转向，使得托轮向上提拉绳索18，获得能量的捕捉。
54.这种结构的优势在于：
55.其一，本捕捉方式中，通过缓冲筒1尽量相应波浪的起伏变化，随着和波浪可以前后左右任意维度的晃动，从而能够将平面范围内各个角度的波浪能都进行转化，通过周向布置的伸缩杆4，实现对各个方向波浪能的吸收，提高吸收能力。
56.其二，本捕捉方式为基于缓冲筒1的晃动而撞击伸缩杆4，但是在缓冲筒1和伸缩杆4之间无直接的连接关系，这样一来打破了现有大部分波浪能捕捉结构都需要直接连接的
局限，现有的结构中，用于相应波浪的组件是需要通过铰接、球头、缸体等方式与主设备连接的，但是海浪是多方向多维度的，对于无法吸收的维度的能量，会对设备造成持续的冲击和损伤，而缓冲筒1基于波浪而上下浮动的动作并不会对伸缩杆4的伸缩行程造成任何影响，缓冲筒1与伸缩杆4是断开的，伸缩杆4仅吸收来自于缓冲筒1内壁的碰撞，而缓冲筒1相对伸缩杆4的上下摆动、起伏则不会传递到伸缩杆4及后续的连接结构中，故实现了对非捕捉机械能的抗干扰。
57.其三，本捕捉结构连接关系简单，无精密的传导组件，也不需要精密的密封结构配合，故成本低，且不宜损坏。
58.其四，通过拖轮15获得放大行程，实现对捕捉的波浪能的加强转化能力。
59.所述安装盘3的下方设有与其居中设置的5组液压缸19，所述液压缸19的顶端设有与其伸缩配合的缸杆20，所述缸杆20的底端位于液压缸19内且设有缸塞，所述缸塞的下方为油腔，所述缸塞的上方为气腔，所述缸杆20的顶端与绳索18的底端固定，所述液压缸19的底端设有与油腔相连通的吸口22，所述液压缸19的底部还设有与油腔连通的排口21，所述吸口22上设有仅限向油腔内单向通行的第一单向阀，所述排口21上设有仅限于油腔向外排出的第二单向阀，当绳索18上提气缸内空间变小，而油缸通过吸口22吸入介质油，而当绳索18松弛的时候，气腔内压强迫使缸塞下落，将介质油从排口21排出，并拉拽轮架7复位。
60.所述液压缸19的底端设有油箱24，所述液压缸19的周侧设有环形的储能箱23，所述排口21通过管道与储能箱23连通，实现5个液压缸19均能想储能箱23泵油，这样的分布合理，在安装盘3下方构成稳定的重心结构，利用居中的油箱24平衡整个重心。在机壳25的底部连接锚索，实现对整个装置的约束和稳定。
61.所述液压缸19、储能箱23和油箱24的外侧设有机壳25，所述机壳25为锥体结构，便于稳定，所述机壳25的顶部设有与安装盘3底面固定的固定架，使安装盘3与底部的结构构成一个整体。所述机壳25内设有液压马达和发电机，所述液压马达的进油口通过带调速阀的管路与储能箱23连接，所述液压马达的出油口通过管路与油箱24连接，从而在储能箱23存储的介质油，经过液压马达的机械能转化后，回到油箱24。所述液压马达的与发电机传动连接，实现发电的转化目的。
62.基于本装置，能够吸收利用各个角度的波浪能，将其充分放大和加强吸收为机械能后，通过储能箱23逐渐存储，达到一定容量后获得稳定的能源转换。本装置的波浪能吸收能力强，转化稳定，且尽量避免波浪能非捕捉维度方向上的破坏，能够创造经济价值。
63.实施例2：一种基于波浪能的能源转换装置
64.在实施例1的基础上，可以加长挡杆26，并设置4根挡杆26，并在挡杆26的外端设有铰接头，通过在海面上安置多组本能源转换装置，且布局为矩阵结构，相邻能源转换装置的挡杆26上端铰接，从而构成未定的能源转化网络体系，有利于大规模的安装，并形成提量化的电量产能。
65.实施例3：一种基于波浪能的能源转换装置
66.本实施例与实施例1的区别在于液压缸19的结构。
67.本示例的液压缸19的顶部气缸上连接有向上延伸的气管，所述气管的顶端位于安装盘3上方，且所述气管的顶端设有向下的弯头，能有效阻止进水，通过气管实现液压缸19与大气的同压连通，所述气腔内设有螺旋弹簧，通过螺旋弹簧获得使缸塞落回底部排出介
质油的机械能，可以根据所安装海域的波浪能大小情况，适度装配弹性势能合适的弹簧，从而使本装置的转化能够因地制宜，具有适当的调节空间。

技术特征：
1.一种基于波浪能的能源转换装置，其特征在于，包括缓冲模块和转化模块，所述缓冲模块为浮在海上的闭合结构，所述转化模块设置在缓冲模块内且独立设置，所述转化模块包括浮在海上的安装盘，所述安装盘上居中的设有圆形口，所述安装盘上周向阵列安装有多组捕捉机构，所述捕捉机构包括伸缩杆、连杆、轮架，所述伸缩杆相对安装盘的周侧边缘伸缩配合，所述轮架沿安装盘的径向具有直线滑动行程，所述连杆的一端与伸缩杆内端铰接，且所述连杆的另一端与轮架铰接，所述轮架上安装有拖轮，所述拖轮上绕过有绳索，所述绳索的一端固定在安装盘上，所述绳索的另一端贯穿圆形口向下延伸，所述安装盘的下方设有液压缸，所述液压缸基于绳索的提拉实现对介质油的泵吸。2.根据权利要求1所述一种基于波浪能的能源转换装置，其特征在于，所述缓冲模块包括直立延伸的直柱形缓冲筒，所述缓冲筒外壁的顶部设有环形气囊，所述安装盘设置在缓冲筒内。3.根据权利要求1所述一种基于波浪能的能源转换装置，其特征在于，所述液压缸围绕安装盘下方呈环形分布，所述液压缸包括与其伸缩配合的缸杆，所述缸杆的顶端与绳索的底端固定连接，绳索的底端设有位于液压缸底部的缸塞，所述缸塞的下方是油腔，所述缸塞的上方是气腔，所述液压缸的底端设有与油腔相连通的吸口，所述吸口上设有仅限向油腔内单向通行的第一单向阀，所述液压缸的底部还设有与油腔连通的排口，所述排口上设有仅限于油腔向外排出的第二单向阀。4.根据权利要求3所述一种基于波浪能的能源转换装置，其特征在于，所述液压缸的下方设有油缸，所述液压缸的周侧设有将其包围在内的环形的储能箱，所述油腔通过吸口与油缸连通，所述油腔通过排口与储能箱连通，在储能箱到油箱的回路管路上设置液压马达，所述液压马达的输出轴上传动连接有发电机。5.根据权利要求4所述一种基于波浪能的能源转换装置，其特征在于，所述液压缸、油箱、储能箱、液压马达和发电机的外部设有机壳，所述机壳的顶部设有与安装盘底面固定连接的固定架，所述机壳的底部设有锚索。6.根据权利要求1所述一种基于波浪能的能源转换装置，其特征在于，在安装盘上的外侧设有与其径向对应延伸的滑槽，所述轮架的底面上居中的设有滑条，所述滑条贯穿滑槽并与滑槽滑动配合，所述滑条位于安装板下方的一端固定有t型板，所述t型板的顶面以及轮架的底面上均设有凸起的球形凸块，通过球形凸块与安装盘上下端面接触配合。7.根据权利要求6所述一种基于波浪能的能源转换装置，其特征在于，所述圆形口上可转动的安装有转动轴为水平的导向滑轮，所述滑槽的内端设有固定在安装盘上的门型架，所述门型架上可转动的安装有转动轴垂直安装盘的限位滑轮，所述绳索绕过拖轮后依次绕过限位滑轮和导向滑轮后向下延伸。8.根据权利要求1所述一种基于波浪能的能源转换装置，其特征在于，所述安装盘的边侧设有导向滑套，所述伸缩杆贯穿对应位置的导向滑套，且所述伸缩杆沿安装盘径向与导向滑套滑动配合。9.根据权利要求2所述一种基于波浪能的能源转换装置，其特征在于，所述安装盘的外部设有罩壳，所述罩壳的周侧设有至少两个对应的挡杆，所述挡杆的内端固定在罩壳上，所述挡杆的外端向上向外延伸，所述挡杆外端到安装盘外侧的最短距离大于安装盘直径与缓冲筒直径之差。
10.根据权利要求9所述一种基于波浪能的能源转换装置，其特征在于，所述挡杆为4根，并在挡杆的外端设有铰接头，相邻能源转换装置的挡杆上端铰接连接，使能源转换装置布局为矩阵结构。

技术总结
本发明公开了一种基于波浪能的能源转换装置，主要涉及可再生能源利用领域。包括缓冲模块和转化模块，转化模块设置在缓冲模块内且独立设置，转化模块包括浮在海上的安装盘，安装盘上居中的设有圆形口，安装盘上周向阵列安装有多组捕捉机构，捕捉机构包括伸缩杆、连杆、轮架，伸缩杆相对安装盘的周侧边缘伸缩配合，轮架沿安装盘的径向具有直线滑动行程，伸缩杆和轮架通过连杆铰接，轮架上安装有拖轮，拖轮上绕过有绳索，绳索的一端固定在安装盘上，绳索的另一端贯穿圆形口向下延伸，安装盘的下方设有液压缸，液压缸基于绳索的提拉实现对介质油的泵吸。本发明的有益效果在于：它对多维度的海浪能进行高效转化，且易于维护。且易于维护。且易于维护。


技术研发人员：常青 张少君 于光宇 付振强
受保护的技术使用者：山东交通学院
技术研发日：2023.02.13
技术公布日：2023/5/11