海流能发电系统

技术领域

本发明涉及海流能开发技术领域，具体涉及一种海流能发电系统。

背景技术

近年来，海洋开发逐渐走向深蓝，各种海洋仪器及水下机电装置。例如：水下自主机器人、水下无人航行器、浮标监测系统及水下无线传感器等，大多数需要在水域环境进行长时间工作活动，对水下机电装置本身的电能续航能力有很高的要求，传统的电能供给方式主要包括线缆式供电和电池包供电。然而，线缆式供电使用的电缆长度限制了水下机电装置的灵活性。而且电池包供电受体积的限制，携带能量有限，仍需要打捞回收装置，进行更换电池，影响工作效率和浪费人工成本。

相关技术中，采用深海发电装置对水下机电装置进行供电，该发电装置包括浮板组件和液压发电系统，浮板组件可在海波的冲击性进行摆动，因浮板组件波动产生的电能有限，存在整体发电效率低的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种海流能发电系统。该海流能发电系统具有发电效率和发电功率密度高的优点。

本发明实施例的海流能发电系统包括柱群立架、浮板组件和能量转换装置。

所述柱群立架包括立柱架和滑移扰流件，所述立柱架用于设置在海底，所述滑移扰流件设置在所述立柱架上且所述滑移扰流件在所述立柱架的延伸方向上能够往复滑移；所述浮板组件的一端铰接在所述滑移扰流件上，并相对所述立柱架能够在上下方向上摆动，所述浮板组件包括多个沿第一方向依次连接的吸能浮板；所述能量转换装置包括电源管理系统、液压发电单元、第一液压件和第二液压件，所述电源管理系统与所述液压发电单元电连接，所述液压发电单元能够将液压油的流动转化为电能，所述第一液压件与所述滑移扰流件连接，且所述第一液压件能够在所述滑移扰流件的往复滑移下伸缩，所述第二液压件与所述浮板组件连接，且所述第二液压件能够在所述浮板组件的摆动下伸缩，所述第一液压件和所述第二液压件中每一者的两端的液压油口分别与所述液压发电单元连接。

本发明实施例的海流能发电系统，洋流通过滑移扰流件时，海水会因绕流效应而产生相应的波动，进而推动与滑移扰流件连接的浮板组件进行上下摆动。与此同时，在洋流经过滑移扰流件时产生的流致振动效应会使其产生上下往复运动，协同性地，滑移扰流件的运动进一步增加了海洋流波动幅度，波动的海洋流会对吸能浮板进行冲刷运动，进而提升吸能浮板摆动的幅度。由此，提高吸能浮板对洋流能的捕获能力，增加洋流能的转能效率和发电功率密度。

此外，设置的第一液压件还可以能够在所述滑移扰流件的往复滑移下伸缩所产生的能量进行收集转化，所述第二液压件能够在所述浮板组件的摆动下伸缩所产生的能量进行收集转化。由此，进一步提升对洋流能的捕获能力和增加洋流能的转能效率。

同时，因为发电效率的提升，进而解决了传统电能补给方式的局限性和提高水下机电装置的灵活性和续航能力，有利于进一步扩宽水下机电装置的应用场景。

因此，本发明实施例的海流能发电系统具有提升发电效率和发电功率密度的优点。

在一些实施例中，所述吸能浮板沿所述吸能浮板的厚度方向具有相对设置的第一侧和第二侧，所述第一侧和/或所述第二侧呈波浪线状设置。

在一些实施例中，相邻两个所述吸能浮板铰接，所述第二液压件的一端与其中一个所述吸能浮板连接，所述第二液压件的另一端与其相邻的另一所述吸能浮板连接。

在一些实施例中，相邻两个所述吸能浮板之间均设置多个所述第二液压件，多个所述第二液压件沿所述吸能浮板的宽度和/或厚度方向间隔开地连接在相邻两个所述吸能浮板之间。

在一些实施例中，所述的海流能发电系统还包括尾板，所述尾板沿所述第一方向具有相对设置的第一端和第二端，所述第一端与最边缘的所述吸能浮板连接，所述尾板的厚度由所述第一端至所述第二端的方向增加以便在所述尾板的厚度方向的两侧形成第一曲面和第二曲面。

在一些实施例中，所述尾板的所述第二端的厚度大于所述吸能浮板的最大厚度。

在一些实施例中，所述立柱架包括底座和多个间隔开地立设在所述底座上的限位柱，所述滑移扰流件包括俘能柱群和谐振弹性件，所述俘能柱群套设在所述限位柱上且所述俘能柱群相对沿所述限位柱的延伸方向往复滑移，所述谐振弹性件和所述第一液压件中每一者的一端与所述限位柱连接，所述谐振弹性件和所述第一液压件中每一者的另一端与所述限位柱底板连接。

在一些实施例中，所述俘能柱群包括连接杆和多个沿第二方向延伸的扰流柱，多个所述扰流柱通过所述连接杆连接以便形成柱群结构件，其中至少一个所述扰流柱的两端分别套设在所述限位柱上且所述俘能柱群相对沿所述限位柱的延伸方向的往复滑移，所述谐振弹性件和所述第一液压件中每一者的所述一端与所述扰流柱连接，所述第二方向与所述第一方向垂直设置。

在一些实施例中，所述限位柱包括立柱杆及设置在所述立柱杆上的第一极限防脱部和第二极限防脱部，所述第一极限防脱部和所述第二极限防脱部间隔开地设置在所述立柱杆上。

在一些实施例中，多个所述扰流柱分为第一扰流柱和第二扰流柱，所述第一扰流柱和所述第二扰流柱沿第三方向间隔开地设置，所述第二扰流柱靠近所述底座设置，所述第一扰流柱与所述浮板组件铰接，所述谐振弹性件的所述一端与所述第二扰流柱连接，所述第三方向与所述第一方向和所述第二方向正交设置。

在一些实施例中，所述扰流柱呈圆柱形，圆柱形的所述扰流柱的直径满足，

在一些实施例中，所述能量转换装置还包括摩擦纳米发电单元，所述摩擦纳米发电单元包括电连接的摩擦片和介电膜片，所述摩擦片能够与所述电源管理系统电连接，所述介电膜片贴设于所述立柱架上。

在一些实施例中，所述能量转换装置还包括直线电磁发电单元，所述直线电磁发电单元中的电机动子能够随着所述滑移扰流件的滑移切割磁感线发电，所述直线电磁发电单元与电源管理系统电连接。

附图说明

图1是本发明实施例的海流能发电系统的主视图。

图2是本发明实施例的海流能发电系统的立体图。

图3是本发明实施例的海流能发电系统的另一立体图。

图4是图3在A处的放大图。

图5是本发明实施例的吸能浮板的主视图。

图6是本发明实施例的吸能浮板的立体图。

图7是本发明实施例的尾板的主视图。

图8是本发明实施例的尾板的立体图。

图9是本发明实施例的柱群立架的主视图。

图10是本发明实施例的柱群立架的立体图。

附图标记：

柱群立架1；

立柱架11；底座111；限位柱112；柱杆1121；第一极限防脱部1122；第二极限防脱部1123；

滑移扰流件12；俘能柱群121；连接杆1211；

扰流柱1212；谐振弹性件122；

浮板组件2；吸能浮板21；第一侧211；第二侧212；尾板22；第一端221；第二端222；

液压发电单元31；第一液压件32；第二液压件33；摩擦纳米发电单元(未示出)；直线电磁发电单元(未示出)。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1-图10描述本发明实施例的海流能发电系统。

本发明实施例的海流能发电系统包括柱群立架1、浮板组件2和能量转换装置。

柱群立架1包括立柱架11和滑移扰流件12，立柱架11用于设置在海底，滑移扰流件12设置在立柱架11上且滑移扰流件12在立柱架11的延伸方向(例如，图1中所示的上下方向)上能够往复滑移；浮板组件2的一端铰接在滑移扰流件12上，并相对立柱架11能够在上下方向上摆动，浮板组件2包括多个沿第一方向(例如，图1中所示的前后方向)依次连接的吸能浮板21；能量转换装置包括电源管理系统(未示出)、液压发电单元31、第一液压件32和第二液压件33，电源管理系统与液压发电单元31电连接，液压发电单元31能够将液压油的流动转化为电能，第一液压件32与滑移扰流件12连接，且第一液压件32能够在滑移扰流件12的往复滑移下伸缩，第二液压件33与浮板组件2连接，且第二液压件33能够在浮板组件2的摆动下伸缩，第一液压件32和第二液压件33中每一者的两端的液压油口分别与液压发电单元31连接。

本发明实施例的海流能发电系统，通过滑移扰流件12可以先对洋流进行扰流，从而海水会因滑移扰流件12的振动效应而产生相应的振动，进而推动与滑移扰流件12连接的浮板组件2进行上下摆动。与此同时，滑移扰流件12会带动海洋流的波动效应下提升波动幅度，协同性地，滑移扰流件12相应地提升了其自身滑动幅度，进而进一步提升了海洋流波动幅度，波动的海洋流会对吸能浮板21进行冲刷运动，进而进一步提升吸能浮板21摆动的幅度。由此，该海流能发电系统提高了吸能浮板21对洋流能的捕获能力，并增加了洋流能的转能效率和发电功率密度。

此外，设置的第一液压件32还可以能够在滑移扰流件12的往复滑移下伸缩所产生的能量进行收集转化，第二液压件33能够在浮板组件2的摆动下伸缩所产生的能量进行收集转化。由此，进一步提升了对洋流能的捕获能力和增加洋流能的转能效率。

同时，因为发电效率的提升，进而解决了传统电能补给方式的局限性和提高水下机电装置的灵活性和续航能力，有利于扩宽水下机电装置的应用场景(例如，需要隐蔽作业)。

因此，本发明实施例的海流能发电系统具有提升发电效率和发电功率密度的优点。

具体地，图1中由前至后的方向为洋流流动的方向。

对液压发电单元31的工作原理进行进一步描述，第一液压件32和第二液压件33均包括液压缸，液压缸可以分为第一腔和第二腔。当液压缸的第一腔内油液受到压缩时，第一腔体积减小，油液被压出液压缸，油液流经管路流出，经过蓄能器的作用，使管路内的压力和流量达到稳定，相应地液压马达将液压能转化为机械能，驱动发电机发电，多余的油液流回油箱。由于第二腔体积增大压强减小，流回液压缸的第二腔。当液压缸右侧内油液受到压缩时，第二腔体积减小，使得第一腔吸入油液，第二腔油液被压出。最终液压马达输出机械能驱动发电机发电，由于液压缸的第一腔的吸入作用，流回至第一腔。从而实现液压杆不论是向第一腔还是向第二腔移动，都能使液压马达正向转动，使得系统都能够稳定的发电。

如图1至图6所示，吸能浮板21沿吸能浮板21的厚度方向具有相对设置的第一侧211和第二侧212，第一侧211和/或第二侧212呈波浪线状设置。换言之，吸能浮板21的第一侧211呈波浪线状设置；或吸能浮板21的第二侧212呈波浪线状设置；亦或者，吸能浮板21的第一侧211和第二侧212均呈波浪线状设置。

本发明实施例的海流能发电系统，通过吸能浮板21的第一侧211和第二侧212呈波浪线状设置，使吸能浮板21有更大受力面积接触洋流，提高吸能浮板21对洋流能的捕获能力。由此，该海流能发电系统进一步提升了对洋流能的能量转换效率。

如图1至图3所示，相邻两个吸能浮板21铰接，第二液压件33的一端与其中一个吸能浮板21连接，第二液压件33的另一端与其相邻的另一吸能浮板21连接。

本发明实施例的海流能发电系统，通过将相邻两个吸能浮板21铰接设置，也就是相邻吸能浮板21之间在洋流的作用下可以进行较大幅度的运动，进而带动相连的第二液压件33的伸缩的幅度提升。进而，该海流能发电系统进一步提升了发电效率。

此外，通过将第二液压件33的一端与其中一个吸能浮板21连接，第二液压件33的另一端与其相邻的另一吸能浮板21连接，相较于设置在其他部位，第二液压件33的伸缩的幅度会进一步提升。由此，该海流能发电系统进一步提升了发电效率。

如图1至图4所示，相邻两个吸能浮板21之间均设置多个第二液压件33，多个第二液压件33沿吸能浮板21的宽度和/或厚度方向间隔开地连接在相邻两个吸能浮板21之间。

本发明实施例的海流能发电系统，通过设置多个第二液压件33，多个第二液压件33的动作叠加，能够促使液压油流动加快，可以提升吸能浮板21摆动产生能源收集和转化。由此，该海流能发电系统进一步提升了发电效率。

具体地，例如，图1和2中所示，在相邻两个吸能浮板21的厚度方向的两侧也设置有相应的第二液压件33，且相邻两个吸能浮板21的在其宽度方向上设有多个第二液压件33。

如图1至图3、图7和图8所示，本发明实施例的海流能发电系统还包括尾板22，尾板22沿第一方向具有相对设置的第一端221和第二端222，第一端221与最边缘的吸能浮板21(例如，图2中所示的右端的吸能浮板21)连接，尾板22的厚度由第一端221至第二端222的方向(例如，图2中所示的由前至后的方向)增加。

本发明实施例的海流能发电系统，通过设置尾板22，并使尾板22的尾板22的厚度由第一端221至第二端222的方向增加以便在尾板22的厚度方向的两侧形成第一曲面和第二曲面。可增大水流通过尾板22的阻力，因为增厚的设计，会使通过的洋流扰动增加，从而提升浮板摆动的幅度，而带动第一液压件32不断伸缩，促使液压油流动加快。另外，浮板摆动的提升会进一步地增加滑移扰流件12的滑动幅度，增加了第二液压件33的发电效率地提升，进而实现多种效应协同，进而该海流能发电系统大大提升了发电效率。

可选地，尾板22的厚度方向的两侧形成第一曲面和第二曲面。由此，可以使洋流平顺的由第一端221运动到第二端222，进而在洋流被第一曲面的端部和第二曲面的端部被搅动。进而该海流能发电系统进一步提升了发电效率。

尾板22的第二端222的厚度大于吸能浮板21的最大厚度。由此，提升尾板22对洋流扰动增加，进而该海流能发电系统进一步提升了发电效率。

进一步地，尾板22的第二端222的厚度为吸能浮板21的最大厚度的1.5至3倍。由此，既可以避免吸能浮板21的最大厚度过小，造成扰动洋流能力小的问题，又可以避免尾板22的厚度过大，产生朝向尾板22的拽拉力增加，进而使浮板组件2对柱群立架1沿水平向的作用力增加造成结构稳定性差的问题。由此，既具有结构稳定性好和发电效率高的优点。

进一步地，相邻两个吸能浮板21之间可以通过铰链连接，吸能浮板21之间在洋流的冲击下，可以使相邻两个吸能浮板21之间距离调整，进而进一步提升了第二液压件33的伸缩。进而该海流能发电系统进一步提升了发电效率。

如图1至图3，及图9和图10所示，立柱架11包括底座111和多个间隔开地立设在底座111上的限位柱112，滑移扰流件12包括俘能柱群121和谐振弹性件122，俘能柱群121套设在限位柱112上且俘能柱群121相对沿限位柱112的延伸方向往复滑移，谐振弹性件122和第一液压件32中每一者的一端与限位柱112连接，谐振弹性件122和第一液压件32中每一者的另一端与限位柱112底板连接。

本发明实施例的海流能发电系统，通过将滑移扰流件12分为俘能柱群121和谐振弹性件122(例如，弹簧)，当海流在较低流速通过柱群时(流速提高且较宽的范围内均适用)，俘能柱群121即会因流致振动效应而产生振动，俘能柱群121上下运动可以带动谐振弹性件122的振动，谐振弹性件122被带动后会产生有规律的谐振。进而反作用于俘能柱群121，提升俘能柱群121的振动幅度和时间，进而增加洋流能的转能效率。

具体地，谐振弹性件122沿图2所示的上下方向延伸，谐振弹性件122的上端与俘能柱群121连接，谐振弹性件122的下端底座111连接。

如图1至图3，及图9和图10所示，俘能柱群121包括连接杆1211和多个沿第二方向延伸(例如，图2中所示的左右方向)的扰流柱1212，多个扰流柱1212通过连接杆1211连接以便形成柱群结构件，其中至少一个扰流柱1212的两端分别套设在限位柱112上且俘能柱群121相对沿限位柱112的延伸方向的往复滑移，谐振弹性件122和第一液压件32中每一者的一端(例如，图2中所示的上端)与扰流柱1212连接，第二方向与第一方向垂直设置。

本发明实施例的海流能发电系统，通过将俘能柱群121分为连接杆1211和多个的扰流柱1212，多个扰流柱1212可以提升对洋流绕流的效率，有利于提升俘能柱群121的振动效应。由此，该海流能发电系统进一步提高了吸能浮板21对洋流能的捕获能力和洋流能的转能效率。

如图1至图3，及图9和图10所示，多个扰流柱1212分为第一扰流柱和第二扰流柱，第一扰流柱和第二扰流柱沿第三方向间(例如，图2中所示的上下方向)隔开地设置，第二扰流柱靠近底座111设置，第一扰流柱与浮板组件2铰接，谐振弹性件122的一端与第二扰流柱连接，第三方向与第一方向和第二方向正交设置。

本发明实施例的海流能发电系统，通过将多个扰流柱1212分为第一扰流柱和第二扰流柱，第一扰流柱和第二扰流柱沿第三方向间(例如，图2中所示的上下方向)隔开地设置，可以提升对洋流扰流的面积，进而了提升了洋流振动效应。由此，该海流能发电系统进一步提高了吸能浮板21对洋流能的捕获能力和洋流能的转能效率。

可选地，限位柱112可以为四个，四个限位柱112呈矩形排布，扰流柱1212可以为四个或五个，多个扰流柱1212平行设置。

如图1至图3，及图9和图10所示，限位柱112包括立柱杆1121及设置在立柱杆1121上的第一极限防脱部1122和第二极限防脱部1123，第一极限防脱部1122和第二极限防脱部1123间隔开地设置在立柱杆1121上。

本发明实施例的海流能发电系统，通过将限位柱112分为立柱杆1121及设置在立柱杆1121上的第一极限防脱部1122和第二极限防脱部1123，可以保证滑移扰流件12具有相对合适的摆动区间，在该区间内，吸能浮板21随洋流的冲刷运动发生摆动；超过该区间范围，吸能浮板21捕获洋流能的能力下降，使能量转换效率降低。第一极限防脱部1122和第二极限防脱部1123可对吸能浮板21的摆动进行限位，使其摆动幅度始终处在较佳工作区间内。由此，该海流能发电系统提高了吸能浮板21对洋流能的捕获能力，增加洋流能的转能效率。

同时，立柱杆1121、第一极限防脱部1122和第二极限防脱部1123限制了俘能柱群121的运动方向和范围，使其运动变得更加规律，有助于提高能量转化的效率。俘能柱群121在上下运动，带动后面浮板组件2的摆动，同时俘能柱群121还会由于绕流效应产生尾涡脱落并推动浮板组件2的摆动。也增加了对水流的扰动作用。由此，该海流能发电系统进一步提高吸能浮板21对洋流能的捕获能力和洋流能的转能效率。

此外，吸能浮板21随海浪的冲刷运动发生上下摆动，当吸能浮板21向上摆动时抵触第一极限防脱部1122，当吸能浮板21在海浪离开后并在自身重力作用下向下摆动时抵触第二极限防脱部1123，避免吸能浮板21直接碰撞底座111，减少相应部件的损坏具有提升该海流能发电系统的使用寿命的优点。

如图2和图10所示，扰流柱1212呈圆柱形，圆柱形的扰流柱1212的直径满足，

本发明实施例的海流能发电系统，通过洋流经过圆柱形的扰流柱1212绕流后，会产生比较明显的尾涡脱落效应，可以带动浮板组件2进行摆动，进而使第二液压件33伸缩，促进液压油流动以带动液压马达转动，进而带动发电机发电，洋流经过扰流柱1212后，会产生绕流及和流致振动相叠加的效应，增大扰流柱1212上下运动幅度，如此一来可以更强的带动浮板组件2运动，增大液压发电系统的发电量和发电效率。

进一步地，能量转换装置还包括摩擦纳米发电单元(未示出)，摩擦纳米发电单元(未示出)包括电连接的摩擦片和介电膜片，摩擦片能够与电源管理系统电连接，介电膜片贴设于立柱架11上。

本发明实施例的海流能发电系统，通过进一步设置的摩擦纳米发电单元，并将介电膜片贴设于立柱架11上，在滑移扰流件12在立柱架11的延伸方向上能够往复滑移的同时，也与立柱架11产生了摩擦，并将该部分的能量进行收集发电，进一步地提升了发电的效率。

能量转换装置还包括直线电磁发电单元(未示出)，直线电磁发电单元中的电机动子能够随着滑移扰流件12的滑移切割磁感线发电。本发明实施例的海流能发电系统，通过进一步设置的直线电磁发电单元，在滑移扰流件12在立柱架11的延伸方向上能够往复滑移的同时切割磁感线实现发电。由此，该海流能发电系统进一步地提升了发电的效率。

进一步地，在滑移扰流件12进行滑移的同时，可以同时实现利用第一液压件32、摩擦纳米发电单元和直线电磁发电单元三种形式的能量转化为电能。由此，该海流能发电系统进一步地提升了发电的效率。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。