一种可用于波浪能的多方位收集装置

技术领域

本发明涉及波浪能的收集以及波浪能发电系统技术领域，具体而言，尤其涉及一种可用于波浪能的多方位收集装置。

背景技术

地球表面百分之七十都是海洋，蕴含着无穷无尽的能量，如果能够充分利用海洋资源，高效率地对波浪能进行聚集然后进行转化，它的开发和利用对缓解能源危机和减少环境污染是非常重要的。汹涌的海浪运动产生巨大的、永恒的和环保的能量，如果能将海浪的动能及其他水面的波浪能充分利用起来，则世界能源的前景会相当广阔和光明。

对于现有的潮汐能及波浪能的采集方式分别有振荡水柱式、振荡浮子式、摆式、点头鸭式和收缩坡道式。但是现有的采集方式存在以下缺陷：波浪能收集装置结构繁琐，转化过程中易造成能量损耗，能量采集率低；装置安装成本高，施工周期长或施工过程繁琐，耗费人力；设备零件长期浸泡于海水中，受海水侵蚀严重，需经常更换；对波浪能的振动频率以及振幅要求较高；对波浪的来流方向有一定要求。

发明内容

根据上述提出现有的波浪能发电装置所存在的问题及近海波浪能发电的需求，提供一种可用于波浪能的多方位收集装置。本发明装置能够实现同时收集不同来流方向的波浪能，以提高发电效率；同时，在波浪振幅较小的情况下，对波浪的振幅进行放大以提高发电效率，解决海水腐蚀和密封失效问题。

本发明采用的技术手段如下：

一种可用于波浪能的多方位收集装置，包括：外部球体、内部发电装置以及储能装置，其中：

所述外部球体，用于实现对发电装置的密封，保持多方位收集装置始终处于正立状态；

所述内部发电装置，用于收集波浪能，并将波浪能转化为电能；

所述储能装置，用于收集所述内部发电装置转化的电能，并给用电设备进行供电。

进一步地，所述内部发电装置与所述外部球体之间通过弹性弹簧连接，弹簧有助于所述内部发电装置收集纵向的波浪能，且当海面环境平静时，放大海浪的振幅。

进一步地，所述外部球体直接与海水接触，其材料为聚酯树脂，且采用密封胶进行密封。

进一步地，所述外部球体包括配重块和泡沫防撞层，其中：

配重块，设置在球体底部，用于降低多方位收集装置的重心，使得多方位收集装置始终处于正立状态；

泡沫防撞层，其材料为柔性泡沫，用于吸收在海面恶劣海况下，球内部分与球体撞击时产生的能量，保护外壳与球内部分装置。

进一步地，所述内部发电装置包括发电主架、X-Y-Z 3种方向的管道，管道安装固定在发电主架上，X方向上分布8根管道；Y方向上分布6根管道；Z方向上分布4根管道；其中：

X、Y方向上分布的管道为水平管道，用于收集水平方向上冲击的波浪能；

Z方向上分布的管道为垂直管道，用于收集垂直方向上冲击的波浪能。

进一步地，所述管道和发电主架的材料均为亚克力有机玻璃，且管道之间存在一定距离的间距。

进一步地，所述管道包括首部、中间部尾部以及介电小球，且每个管道的两端均设置有电极接线柱，其中：

首部和尾部的材料采用铜膜作为电极部分；

中间部的材料采用兔毛作为摩擦材料；

介电小球为实心材质，材料采用电负性极强的聚四氟乙烯，介电小球在管道内来回滚动产生电荷，进而在外电路中造成电子流动，产生电流以及电压。

进一步地，所述储能装置包括整流桥、稳压电容和储能电池，其中：

所述整流桥与所述管道两端设置的接线柱连接，每一个管道均对应一个整流桥；在储能装置中，所有的整流桥进行串联，将所有管道产生电压进行累积；

整流桥与稳压电容并联连接，对脉冲电压进行变化，实现稳压作用；

储能电池与稳压电容并联连接，储存波浪能所转化成的电能，为其他用电设备进行供能。

进一步地，所述储能电池采用锂电池。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的可用于波浪能的多方位收集装置，能够实现同时收集不同来流方向的波浪能，以提高发电效率；

2、本发明提供的可用于波浪能的多方位收集装置，能够实现在波浪振幅较小的情况下，对波浪的振幅进行放大以提高发电效率。

3、本发明提供的可用于波浪能的多方位收集装置，解了海水腐蚀和密封失效等问题。

基于上述理由本发明可在波浪能的收集以及波浪能发电系统等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的波浪能收集装置结构图。

图2为本发明提供的管道膜具示意图。

图3为本发明实施例采用的发电原理第一阶段示意图。

图4为本发明实施例采用的发电原理第二阶段示意图。

图5为本发明实施例采用的发电原理第三阶段示意图。

图6为本发明实施例采用的发电原理第四阶段示意图

图7为本发明提供的储能装置的整流电路。

图8为本发明实施例提供的管道尺寸图。

图9为本发明实施例提供的X方向上分布8根管道尺寸图。

图10为本发明实施例提供的Y方向上分布6根管道尺寸图。

图11为本发明实施例提供的Z方向上分布4根管道尺寸图。

图12为本发明实施例提供的外部球体的尺寸图。

图13为本发明实施例提供的外部球体的球壳上部分图。

图14为本发明实施例提供的外部球体的球壳下部分图。

图15为本发明实施例提供的弹簧尺寸图。

图中，1、外部球体；2、内部发电装置；3、储能装置；4、弹性弹簧；5、发电主架；6、配重块；7、管道；7.1、水平管道；7.2、垂直管道；8、铜电极；8.1电极接线柱I；8.2、电极接线柱II；9、兔毛；10、介电小球；11、整流桥；12、稳压电容；13、储能电池；14、泡沫防撞层。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种可用于波浪能的多方位收集装置，包括：外部球体、内部发电装置以及储能装置，其中：

所述外部球体1，用于实现对发电装置的密封，保持多方位收集装置始终处于正立状态；

所述内部发电装置2，用于收集波浪能，并将波浪能转化为电能；

所述储能装置3，用于收集所述内部发电装置2转化的电能，并给用电设备进行供电。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述内部发电装置与所述外部球体之间通过弹性弹簧4连接，弹簧4有助于所述内部发电装置2收集纵向的波浪能，且当海面环境平静时，放大海浪的振幅，提高波浪能收集效率。在本实施例中，如图15所示，弹簧的规格为φ2*12*60*15N。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述外部球体1直接与海水接触，其材料为聚酯树脂，且采用密封胶进行密封。所述外部球体1包括配重块6和泡沫防撞层14，其中：配重块6，设置在球体1底部，用于降低多方位收集装置的重心，使得多方位收集装置始终处于正立状态；泡沫防撞层14，其材料为柔性泡沫，其内径为125mm，厚度为5mm，用于吸收在海面恶劣海况下，球内部分与球体撞击时产生的能量，保护外壳与球内部分装置。如图12-14所示，外部球体1内半径为130mm，厚度为10mm。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图2所示，所述内部发电装置2包括发电主架5、X-Y-Z 3种方向的管道7，管道7安装固定在发电主架5上，发电主架5规格为108*108*108(mm)。(采用发电主架5来固定管道7，选材为聚酯树脂，能够减少其他不利冲击，提高装置寿命。)如图9所示，X方向上分布8根管道；如图10所示，Y方向上分布6根管道；如图11所示，Z方向上分布4根管道；其中：X、Y方向上分布的管道为水平管道7.1，用于收集水平方向上冲击的波浪能；Z方向上分布的管道为垂直管道7.2，用于收集垂直方向上冲击的波浪能。如图5所示，管道7内径为16mm,外径为20mm,有机玻璃管厚度为2mm，铜膜厚度以及兔毛厚度均为1mm。所述管道7和发电主架5的材料均为亚克力有机玻璃，且管道7之间存在一定距离的间距，在本实施例中，间距为1mm，避免管道在工作过程中下相互碰撞导致管道碎裂。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述管道7包括首部、中间部尾部以及介电小球10，且每个管道7的两端均设置有电极接线柱(电极接线柱I8.1和电极接线柱II8.2)，其中：首部和尾部的材料采用铜膜作为电极部分(铜电极8)；中间部的材料采用兔毛9作为摩擦材料；介电小球10为实心材质，材料采用电负性极强的聚四氟乙烯(PTFE)，介电小球10在管道7内来回滚动产生电荷，进而在外电路中造成电子流动，产生电流以及电压。

下面将结合图3-6对内部发电装置2的发电原理进行说明：由于不同材料之间电负性不同，通过摩擦之后会使得两种材料分别带正负两种电荷。通过查阅资料可知，摩擦层材料兔毛9与介电小球10之间的电负性相差较大，通过摩擦生电原理，可使得介电小球10带大量负电荷；当介电小球10与铜电极8接触时，由于静电平衡原理，电极接线柱I 8.1与电极接线柱II 8.2之间会产生电荷流动，形成电流。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图7所示，所述储能装置包括整流桥11、稳压电容12和储能电池13，其中：所述整流桥11与所述管道7两端设置的接线柱(电极接线柱I 8.1和电极接线柱II 8.2)连接，每一个管道7均对应一个整流桥11；图4中的交流电源为每一根管道发出的电压。在储能装置3中，所有的整流桥11进行串联，将所有管道7产生电压进行累积；整流桥11与稳压电容12并联连接，对脉冲电压进行变化，实现稳压作用；储能电池13与稳压电容12并联连接，储存波浪能所转化成的电能，为其他用电设备进行供能。

下面对本发明提供的可用于波浪能的多方位收集装置的工作原理进行说明：

当海浪冲击该装置时，装置会在海面上晃动，这种晃动可以分解成垂直方向(Z)和水平方向(X-Y)的两种运动。在水平方向上，当装置收到水平方向的冲击力时，介电小球10将会在管道7里左右滚动，介电小球10经与摩擦材料兔毛9进行摩擦后带有足量负电荷，当与管道7两端电极材料(电极接线柱I8.1和电极接线柱II8.2)接触后，在静电平衡的作用下，两电极之间产生电势差，进而引起电子的流动，可产生电流及电压；同理，当介电小球10受到垂直方向上的冲击时，介电小球10在管道7中上下运动时，介电小球10与摩擦部分兔毛9也会产生电荷。当整个装置向下运动时，内部发电装置2由于惯性作用会对弹性弹簧4施加压力，进而推动管道7与介电小球10的相对运动，亦会产生电荷。

在波浪能收集过程中，无论是当装置受到水平方向上还是垂直方向上的冲击力时，产生的都是交流电，而交流电是不能直接给储能电池13充电的，因此在储能之前需要用到整流桥11。经过整流桥11整流后，输出电压不是真正意义上的直流电压，而是单向脉动电压，这样的电压有强度的变化跳跃，会对储能电池13造成冲击。因此需要一个稳压电容12将单向波脉动电压变成均匀电压，本实施例中采用的是具有容量大、有较好的抗冲击性等特点的铝电解电容器(稳压电容12)。发电装置将波浪能转化成电能后，经过电路整流稳压后再将电能存储于电池当中待后续使用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。