專利名稱：波浪能轉換系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及能量轉換裝置，更具體地說，涉及一種波浪能轉換系統。
背景技術：
地球上有將近70%的面積是水域，其中在海洋和大型湖泊中存在浪高很 大的波浪，這些波浪蘊涵著巨大的能量。在能源短缺的今天，如何有效地利用 這些取之不盡的可再生清潔能源，已經成為大家所關注的焦點，并且也已經提 供了各種轉換波浪能的解決方案。
申請號為200710124322.7的中國專利申請"波浪能汲水裝置"便公開了 一種有效地利用波浪能汲水的裝置，充分利用了波浪在豎直方向上的起伏以及 水平方向上的前后移動所產生的動量將水輸送到高處。如圖1所示，該波浪能 汲水裝置包括浮于水面上的浮體10、位于浮體下方的第一活塞泵20、位于浮 體背向波浪的一側的第二活塞泵40、以及分別與第一活塞泵20和第二活塞泵 40的出水口連接的輸水管61。第一活塞泵20通過萬向節連接安裝在浮體10 下方水底地面上的第一固定承臺30上。第二活塞泵40連接安裝在從浮體10 的背向波浪一側的水底地向上延伸至水面的第二固定承臺50上。
第一活塞泵20是單向反復式活塞泵，其活塞22通過第一活塞桿21與浮 體10的底部連接，以在浮體10的上下起伏過程中帶動活塞22做往復運動。 當浮體10向上移動時，第一活塞泵20的進水單向閥23打開，出水單向閥關 閉，水通過活塞22的向上移動而從進水單向閥23吸入第一活塞泵20內；當 浮體10向下移動時，活塞22下移，進水單向閥23被關閉，出水單向閥24 被打開，第一活塞泵20內的水被活塞22壓入到輸水管61中。
第二活塞泵40是雙向往復式活塞泵，其活塞42通過第二活塞桿41與浮 體10背向波浪的一側連接，以在浮體10的前后移動過程中帶動活塞42做往復運動。當活塞42隨浮體10向后運動時，進水單向閥44被關閉，出水單向 閥45被打開，活塞42后部腔室內的水被壓入到輸水管61內，同時活塞42 前部腔室通過進水單向閥47進水，出水單向閥48被關閉；當活塞42向前運 動時，進水單向閥47被關閉，出水單向閥48被打開，活塞42前部腔室內的 水被壓入到輸水管61內，同時活塞42后部腔室通過進水單向閥43進水，出 水單向閥45被關閉。兩個活塞泵20和40中汲取的水匯總到輸水管61中，由 輸水管61輸送到高位水庫60中，以用于發電。
以上介紹的波浪能汲水裝置在浮體的下方和側面均連接有活塞泵，可吸收 利用波浪在豎直方向的能量和波浪前進方向的能量，提高了對波浪能的吸收利 用率。但是，該波浪能汲水裝置需要在浮體下方和側部的水底分別設置固定承 臺，因而施工難度大，而且成本很高不實用。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述施工難度大、成本高 等缺陷，提供一種懸浮在水上的波浪能轉換系統。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是構造一種波浪能轉換系統， 包括懸浮在水中的框架；安裝在所述框架上的多組波浪能轉換裝置，所述多 組波浪能轉換裝置均勻地設置在所述框架上；其中，所述多組波浪能轉換裝置 中的每一組包括浮于水上的浮體，所述浮體下方的豎直方向上設有安裝在框架 上第一活塞泵，所述第一活塞泵的活塞通過第一活塞桿與浮體的底部連接以隨 浮體的上下移動而往復運動，所述浮體的兩側水平方向上分別設有第二活塞泵 和第三活塞泵以隨浮體的前后移動而往復運動，所述第二活塞泵和第三活塞泵 分別安裝在從所述框架向上伸出的支架上且彼此相對設置，所述第二活塞泵的 活塞通過第二活塞桿與浮體的背向波浪一側連接，所述第三活塞泵的活塞通過 第三活塞桿與浮體的面向波浪一側連接；與每一組波浪能轉換裝置中的活塞泵 的出水口相連以匯集水流的主水管。
一個實施例中，所述第一活塞泵是單活塞雙向作用的往復式活塞泵。所述 第一活塞泵被活塞分隔成上、下兩個工作室且每個工作室設有進水單向閥和出水單向閥。所述第一活塞泵通過萬向節連接在所述框架上。
一個實施例中，所述第二活塞泵和所述第三活塞泵是單活塞單向作用的往 復式活塞泵。所述第二活塞泵的靠近浮體一側通過活塞分隔成工作室并設有進 水單向閥和出水單向閥，所述第二活塞泵的遠離浮體的一側通過萬向節安裝在 從所述框架上伸出的第一支架頂端并設有供水流自由出入的開口。同樣，所述 第三活塞泵的靠近浮體一側通過活塞分隔成工作室并設有進水單向閥和出水 單向閥，所述第三活塞泵的遠離浮體的一側通過萬向節安裝在從所述框架上伸 出的第二支架頂端并設有供水流自由出入的開口 。
一個實施例中，所述框架上還安裝有輔助風能轉換裝置，其包括從所述框 架向上伸出的立柱、安裝在立柱頂端轉軸上的風葉、以及由風葉的旋轉驅動的 水泵，所述水泵的出水口與所述主水管連接。
一個實施例中，所述框架的四個角上設有用于將其錨定在水中的八字錨。 例如，所述框架的四個角上分別設置弧形導軌，連接八字錨的四個支點在相應 的導軌上移動以調整整個框架正對波浪的方向。
本發明的波浪能轉換系統具有以下有益效果本發明的系統在水中懸浮一 個面積較大、跨越多個波浪周期的框架，然后在該框架上設置多組波浪能轉換 裝置來吸收浮體的上下、前后移動的動能產生水流勢能，以直接進行發電或將 水輸送至高地。由于在波浪前進方向上多個波浪周期內的浮體驅動活塞往復運 動所產生的對框架的作用力可以基本上相互對沖，致使該框架保持在近似靜止 的狀態，可以用作各活塞泵的固定承臺。這種系統直接懸浮在水中，不需要在 水底打樁設置固定承臺，因為大大降低了實現的難度，并且明顯降低了成本。
圖1是現有技術中的一種波浪能汲水裝置的結構示意圖； 圖2是波浪前進過程中水面上質點的運動趨勢示意圖； 圖3是根據本發明一個實施例所采用的框架的結構示意圖； 圖4A是根據本發明一個實施例所采用的框架上設置的多個驅動浮體的示 意圖；圖4B是圖4A所示的多個驅動浮體的作用力分解示意圖5是根據本發明一個實施例的一組波浪能轉換裝置的結構示意圖6是根據本發明一個實施例中框架的結構示意圖7是根據本發明一個實施例中輔助風能轉換裝置的示意圖。
具體實施例方式
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明-
如圖2所示，隨著波浪向前的推進，水面上任何位置的質點A在一個波 浪周期內的運動軌跡近似一個圓或橢圓，如圖2中虛線所示，在豎直方向和水 平方向分解后不僅有上下的移動，還有在波浪行進方向的前后移動。
基于此原理，本發明的波浪能轉換裝置設置了一個面積較大、可跨越多個 波浪周期的框架300，如圖3所示是其一個實施例。通過在該框架300上的適 當位置懸掛浮體(參見圖5中的浮體700),將該框架300懸置在水中。
框架300上可以設置多組吸收波浪能以轉換成水流勢能的波浪能轉換裝 置。例如，如圖3所示的實施例中，可以在柵格框架300的每一個結點上設置 一組波浪能轉換裝置(參見圖5)，以充分利用波浪的上下起伏和前后移動所 產生的動能。當然，如3所示僅僅是本發明的一個實施例，本發明還可以采用 其它各種形式的框架。此外，如圖6所示，可在框架300的四個角設置用于將 其錨定在水中的八字錨904。通過拋擲八字錨，可以將整個系統相對的限制在 一定區域內，以免被風浪所破壞。通過適當的控制系統來調節各個八字錨904， 便可調節框架300面對波浪的方向，以便更加有效地利用波浪能。例如，框架 300的四個角上分別設置弧形導軌902，連接八字錨904的四個支點906可以 在相應的導軌902上移動，從而調整整個框架300正對波浪的方向。
圖5所示是設置在框架300上的多組波浪能轉換裝置的一組的實施例的結 構示意圖。第一活塞泵200豎直設置在驅動浮體100的下方，其底部通過萬向 節307與框架300固定連接。第一活塞泵200的活塞204通過第一活塞桿202 與驅動浮體100的底部連接，從而隨驅動浮體100的上下起伏，活塞204在第 一活塞泵200內做往復運動。如圖5所示的實施例中，第一活塞泵200是單活塞雙向作用的往復式活塞泵，被活塞204分隔成上、下兩個工作室，上工作室 設有進水單向閥206和出水單向閥208，下工作室設有進水單向閥210和出水 單向閥212。當驅動浮體100隨波浪向上移動時，上工作室內的單向進水閥206 被關閉，出水單向閥208被打開，上工作室內的水被活塞204通過出水單向閥 208壓入主水管800內，形成具有一定勢能的水流。同時，下工作室因活塞204 上移而出現負壓，單向出水閥212被關閉，單向進水閥210被打開，第一活塞 泵200外部的水通過單向進水發210吸入下工作室內。當驅動浮體100隨波浪 向下移動時，下工作室內的單向進水閥210被關閉，出水單向閥212被打開， 下工作室內的水被活塞204通過出水單向閥212壓入主水管800內，形成具有 一定勢能的水流。同時，上工作室因活塞204下移而出現負壓，單向出水闊 208被關閉，單向進水閥206被打開，第一活塞泵200外部的水通過單向進水 閥206吸入上工作室內。至此，第一活塞泵200的一個往復循環完成，在第一 活塞泵200的活塞204隨驅動浮體100下移或上移的過程中，都有水流被壓入 主水管800。隨著驅動浮體100在水面500上持續的起伏，第一活塞泵200持 續地向主水管800提供具有一定壓力的水流，以便后續利用。
此外，如圖5所示的實施例中，為了更加充分的利用波浪在水平方向上產 生的動能，該實施例還在驅動浮體100的背向波浪一側的水平方向上設有第二 活塞泵400，并在驅動浮體的面向波浪的一側的水平方向上設有第三活塞泵 600，以利用驅動浮體100前后移動所產生的動能。
第二活塞泵400水平設置，為單活塞單向作用的往復式活塞泵。第二活塞 泵400的右端通過萬向節306安裝在從框架300上伸出的支架302頂端。第二 活塞泵400的左側通過活塞404隔出工作室，并設有進水單向閥406和出水單 向閥408，其中出水單向閥408與主水管800連通。第二活塞泵400的右側設 有開口 410以供海水自由進出。活塞404通過第二活塞桿402與驅動浮體100 的背向波浪一側連接，從而使活塞404可以隨驅動浮體100的前后移動而做往 復運動。如圖5所示，為了使支架302在海浪的沖擊下更穩固，該實施例中還 設有支撐該支架302的撐桿304。
如圖5所示，當驅動浮體100隨波浪向前移動時，左側工作室因活塞404，單向進水閥406被打開，第二活塞 泵400外部的水通過單向進水閥406吸入工作室內。當驅動浮體100隨波浪向 后移動時，單向進水閥406被關閉，出水單向閥408被打開，工作室內的水被 活塞404通過出水單向閥408壓入主水管800內，形成具有一定勢能的水流。 至此，第二活塞泵400的一個往復循環完成。隨著驅動浮體100在水面上持續 的前后移動，第二活塞泵400持續地向主水管800提供具有一定壓力的水流， 以便后續利用。
驅動浮體100的面向波浪的一側的水平方向上還設置有第三活塞泵600。 第三活塞泵600具有與第二活塞泵400相同的結構，并相對設置。S卩，第三活 塞泵600的右側通過活塞604隔出工作室，并設有進水單向閥606和出水單向 閥608，其中出水單向閥608與主水管800連通。第三活塞泵600的左側設有 開口 610以供海水自由進出。活塞604通過第三活塞桿602與驅動浮體100 的面向波浪一側連接，從而使活塞604可以隨驅動浮體100的前后移動而做往 復運動。同樣，第三活塞泵600通過萬向節安裝在從框架300上伸出的支架頂 端。如圖5所示，當驅動浮體100隨波浪前移時，第三活塞泵600的進水單向 閥606被關閉，出水單向閥608被打開，活塞604將工作室內的水壓入與出水 單向閥608連接的主水管800內。當驅動浮體100隨波浪后移時，第三活塞泵 600的工作室內為負壓，單向出水閥608被關閉，單向進水閥606被打開，外 部的水被吸入第三活塞泵600的工作室內。由此，驅動浮體100前后移動過程 中的動能都被充分的利用起來，由第二活塞泵400和第三活塞泵600持續互補 地向主水管800供應高壓水流。
主水管800用于將設置在框架300上的多組波浪能轉換裝置的各活塞泵壓 出的水流匯集，以提供給發電機進行發電，該發電機可直接設置在框架300 上的合適位置處，然后再通過線纜將電能傳回陸地。或者，主水管800將匯集 的高壓水流輸送回陸地的高位水庫，以在陸地進行發電，或作其它用途。
由于海水會對發電機組等設備產生腐蝕，因而用海水直接發電所需的設備 標準要求高，成本高。因此，在本發明的波浪能轉換系統用于在海上直接給發 電機組提供高壓水流發電時，該系統內的各活塞泵進水閥可以與淡水源相連，用淡水做沖擊水力發電機組的介質。并且，經過發電機組的淡水可通過輸送管 道送回各活塞泵的進水閥，從而實現循環利用。
本發明的波浪能轉換系統在懸置于水中的框架上設置多組波浪能轉換裝 置，利用多個驅動浮體上的活塞泵對框架的作用力的相互抵消，使框架基本上 可以在水中保持靜止狀態，因而無需在海底設置固定承臺，大大降低了實現成
本。如圖4A和圖4B所示是設置在框架上的多個驅動浮體的分布以及對框架 產生的作用力的分解示意圖。從圖中可以看出，在多個波浪周期中處于波峰上 的各驅動浮體A。 A2、八3和A4帶動對應活塞泵往復運動時分別對框架產生向 下和向前的作用力，而在多個波浪周期中處于波谷上的各驅動浮體B。 B2、 Bg和B4帶動對應活塞泵往復運動時分別對框架產生向上和向后的作用力。因 而，多個波浪周期上對框架產生的作用力可以基本相互抵消，從而使懸置在水 中的框架基本保持在靜止狀態。
圖7是根據本發明一個實施例中輔助風能轉換裝置的示意圖。為了進一步 增強主水管800內的水流壓力，以更有效的驅動水力發電機組，本發明的一個 實施例還在框架300上的適當位置增設一套或多套輔助風能轉換裝置，其具體 結構參見圖7。輔助風能轉換裝置1000包括從框架300向上伸出的立柱1200、 安裝在立柱1200頂端的轉軸1300上的風葉1400、以及由風葉1400的旋轉驅 動而工作的水泵IIOO。風葉1400在風力作用下轉動，帶動轉軸1300旋轉， 進而帶動軸承1102轉動，驅動水泵1100工作，水泵1100將外部水源從進水 口 1106吸入，并將高壓水流從出水口 1108排出給與出水口 1108連通的主水 管800。
以上結合各種實施例介紹了本發明的波浪能轉換系統，顯然，本發明的范 圍并不受以上具體實施例的限制。根據以上對本發明的介紹，本領域的普通技 術人員能夠對本發明的各實施例做出各種變更和替換而不脫離本發明的范圍 和精神實質。
權利要求
1、一種波浪能轉換系統，其特征在于，包括懸浮在水中的框架；安裝在所述框架上的多組波浪能轉換裝置，所述多組波浪能轉換裝置均勻地設置在所述框架上；其中，所述多組波浪能轉換裝置中的每一組包括浮于水上的浮體，所述浮體下方的豎直方向上設有安裝在框架上第一活塞泵，所述第一活塞泵的活塞通過第一活塞桿與浮體的底部連接以隨浮體的上下移動而往復運動，所述浮體的兩側水平方向上分別設有第二活塞泵和第三活塞泵以隨浮體的前后移動而往復運動，所述第二活塞泵和第三活塞泵分別安裝在從所述框架向上伸出的支架上且彼此相對設置，所述第二活塞泵的活塞通過第二活塞桿與浮體的背向波浪一側連接，所述第三活塞泵的活塞通過第三活塞桿與浮體的面向波浪一側連接；與每一組波浪能轉換裝置中的活塞泵的出水口相連以匯集水流的主水管。
2、 根據權利要求1所述的波浪能轉換系統，其特征在于，所述第一活塞 泵是單活塞雙向作用的往復式活塞泵。
3、 根據權利要求2所述的波浪能轉換系統，其特征在于，所述第一活塞 泵被活塞分隔成上、下兩個工作室且每個工作室設有進水單向閥和出水單向 閥。
4、 根據權利要求1所述的波浪能轉換系統，其特征在于，所述第一活塞 泵通過萬向節連接在所述框架上。
5、 根據權利要求1所述的波浪能轉換系統，其特征在于，所述第二活塞 泵和所述第三活塞泵是單活塞單向作用的往復式活塞泵。
6、 根據權利要求5所述的波浪能轉換系統，其特征在于，所述第二活塞 泵的靠近浮體一側通過活塞分隔成工作室并設有進水單向閥和出水單向閥，所 述第二活塞泵的遠離浮體的一側通過萬向節安裝在從所述框架上伸出的第一 支架頂端并設有供水流自由出入的開口 。
7、 根據權利要求5所述的波浪能轉換系統，其特征在于，所述第三活塞泵的靠近浮體一側通過活塞分隔成工作室并設有進水單向閥和出水單向閥，所 述第三活塞泵的遠離浮體的一側通過萬向節安裝在從所述框架上伸出的第二 支架頂端并設有供水流自由出入的開口 。
8、 根據權利要求1所述的波浪能轉換系統，其特征在于，所述框架上還 安裝有輔助風能轉換裝置，其包括從所述框架向上伸出的立柱、安裝在立柱頂 端轉軸上的風葉、以及由風葉的旋轉驅動的水泵，所述水泵的出水口與所述主 水管連接。
9、 根據權利要求1所述的波浪能轉換系統，其特征在于，所述框架的四 個角上設有用于將其錨定在水中的八字錨。
10、 根據權利要求9所述的波浪能轉換系統，其特征在于，所述框架的四 個角上分別設置弧形導軌，連接八字錨的四個支點在相應的導軌上移動以調整 整個框架正對波浪的方向。
全文摘要
本發明公開了一種波浪能轉換系統。本發明的系統在水中懸浮一個面積較大、跨越多個波浪周期的框架，然后在該框架上設置多組波浪能轉換裝置來吸收浮體的上下、前后移動的動能產生水流勢能，以直接進行發電或將水輸送至高地。由于在波浪前進方向上多個波浪周期內的浮體驅動活塞往復運動所產生的對框架的作用力可以基本上相互對沖，致使該框架保持在近似靜止的狀態，可以用作各活塞泵的固定承臺。這種系統直接懸浮在水中，不需要在水底打樁設置固定承臺，因為大大降低了實現的難度，并且明顯降低了成本。
文檔編號F03B13/16GK101624960SQ200810068359
公開日2010年1月13日 申請日期2008年7月8日 優先權日2008年7月8日
發明者徐旭文 申請人:徐旭文