利用潮汐漲、落潮的雙向發電系統的製作方法

2023-09-19 05:13:45

專利名稱：利用潮汐漲、落潮的雙向發電系統的製作方法
利用潮汐漲、落潮的雙向發電系統
技術領域：
本發明涉及海水發電技術，特別是涉及一種資源豐富，成本低廉，無 燃料消耗，無汙染的利用海水潮沙漲、落潮的雙向發電系統。
背景技術：
海洋是地球的重要組成部分，佔地球表面的3/4，其蘊藏著豐富的資源 和巨大的能量，潮沙能即為海水能量的主要表現形式。海水由於引潮力的 作用，而不斷地漲潮、落潮。漲潮時由動能轉化為勢能，落潮時則由勢能 轉化為動能，海水的這種在運動時所具有的動能和勢能即為潮汐能。
潮汐能早已為人們利用作為重要的海水發電資源。傳統的潮汐發電是 在海灣或有潮汐的河口建築攔水堤壩而形成水庫，並在壩中或壩旁設置水 輪發電機組，利用潮汐漲落時海水水位的升降，使海水通過水輪機時推動 水輪發電機組發電。這種傳統的潮汐能發電方式類似於傳統的通過構築水 壩形成水位落差的水力發電方式，其具有明顯的局限性， 一是由於構築水 壩受地形等條件所限難以形成大規模的發電容量。其次，如要實現漲潮、 落潮時的雙向發電，需構築兩個水庫，這同樣受限於水壩受地形等條件。 此外，傳統的潮沙能發電方式中，其水輪發電機組體積較大，且需固定建 造於壩中或壩旁，因此只能在特定的環境下才能建造和使用。
我國及全球範圍的潮沙能資源十分豐富，如何擺脫地形等環境因素的 束縛，而能夠靈活地在所有具備潮汐能資源的海域實現潮汐能發電，就成 為擺在我們面前的急需解決的重要課題。
發明內容
本發明旨在解決上述問題，而提供一種不受海邊地形限制，適用於任 何具有潮汐能資源的海域，可實現漲潮、落潮的雙向發電，發電容量可任 意配製，發電成本低廉，無燃料消耗，無汙染的利用海水潮汐漲、落潮的 雙向發電系統。
為實現上述目的，本發明提供一種利用海水潮汐漲、落潮的雙向發電
系統，它包括
一個置於海面上可隨海水漲、退潮上下移動，並可充入或;^文出海水的 浮動式容器；
對所述容器充、放海水的充、放水裝置； 對所述容器進行定位和引導其上下移動的定位裝置；及 與所述容器相連的發電裝置，其中，
所述充、放水裝置設於容器上，容器則活動地裝設於所述定位裝置上， 容器在漲潮時在排空狀態下由漲潮海水託浮上行，到達漲潮高點時注入海 水，並可與落潮海水同步下行或滯後下行，容器在上行和下行的雙向過程 中帶動發電裝置發電。
容器為內部中空的密閉的箱式或平臺式浮體，其貯水時重量為千噸級 以上。
在容器靠近邊緣處設有至少三個上下貫通，且與容器密封連接的定位 孔，在容器頂部和底部位於每個定位孔兩側各設有一組與定位裝置滾動接 觸的側滑輪，在容器的側面設有至少一個出、入水口。
在容器上的至少一個出、入水口處設有至少一個充、放水裝置。 充、放水裝置包括閘板及第一齒輪齒條機構，其中，閘板活動地置於 容器出、入水口的內側，其上端由容器頂部伸出；第一齒輪齒條機構的第 一齒條裝在閘板的內側，與第一齒條嚙合的齒輪裝在與容器側壁連接的齒 輪軸上，齒輪軸則與電機連接。定位裝置包括至少三根直立的定位柱，它們間隔設置於容器的近邊緣 處，該定位柱的下端固定於海底，其柱體穿置於容器上，並使容器可沿定 ^立柱上下移動。
發電裝置可以是單組或多組，每組發電裝置包括一根立柱， 一個或一 個以上第二齒輪齒條機構、第一變速機構及第一發電機，其中，立柱穿置
於容器的中部，其下端固定於海底；第二齒輪齒條機構分別設置在容器頂 部及立柱上；第一變速機構的輸入端和輸出端分別與第二齒輪齒條機構及 第 一發電機相連接，多組發電裝置的輸出端並聯至同 一輸出電纜。
每個第二齒輪齒條機構包括第二齒條及第一主動齒輪，其中，第二齒
條沿軸向固定在立柱的外側，與第二齒條嚙合的第一主動齒輪裝在第一變 速箱上，第一變速箱內設有多級變速的第一變速機構，該變速機構的輸出 端與第一發電機連接。
在本發明的另一方案中，發電裝置可以是單組或多組，每組發電裝置 包括驅動臂、驅動臂後支架、驅動臂前支架、第三齒輪齒條機構、第二變 速機構及第二發電機，其中，驅動臂後支架下端固定於容器頂部，上端與 驅動臂末端可轉動連接；驅動臂前支架固定於遠離容器的海灘或岸邊；驅 動臂的末端與驅動臂後支架可轉動連接，驅動臂前部與驅動臂前支架可轉 動連接；第三齒輪齒條機構分別置於驅動臂及第二變速箱上，並與裝在支 架頂部的第二變速箱內的第二變速機構連接，該變速機構的輸出端與第二 發電機連接，多組發電裝置的輸出端並聯至同一輸出電纜。
每個第三齒輪齒條機構包括第三齒條及第二主動齒輪，其中，第三齒 條為弧形齒條，它與驅動臂基本垂直地設置在驅動臂的前端部，與第三齒 條相嚙合的第二主動齒輪裝在第二變速箱上，第二變速箱內設有多級變速 的第二變速機構，該變速機構的輸出端與第二發電機連接。
在發電裝置上連接有電磁離合器，該電磁離合器裝在第一發電機或第 二發電^L的主軸上。本發明的貢獻在於，它解決了如何更有效地，更充分地利用潮汐能資 源發電的問題。本發明的發電裝置不受海邊地形限制，無須構築攔水堤壩 和水庫，可設置在任何具有潮沙能資源的海域，因而可充分利用全球範圍 內的海洋潮汐資源，並可大量節約發電用的煤炭等有限的資源。本發明巧 妙利用了海水漲潮和退潮時的動能和勢能，實現了漲潮、落潮的雙向發電。 由於本發明的浮動式容器的大小和容積可無限擴展，使得發電容量可任意 配製，可由多個發電機組同時發電，因而可大大提高發電效率。由於潮汐 能是一種天然資源，因此本發明的裝置發電成本低廉，無燃料消耗，無汙 染，其大規^莫應用將有效緩解電力能源的狀況。


圖1是在退潮狀態下本發明的實施例1結構示意圖，其中，圖1A為退
潮時整體結構示意圖，圖1B為退潮到位時整體結構示意圖，圖1C為充、 放水裝置局部放大示意圖，圖1D為發電裝置局部放大示意圖，圖1E為圖 1A的俯^L圖。
圖2是在漲潮狀態下本發明的實施例1結構示意圖，其中，圖2A為漲 潮時整體結構示意圖，圖2B為漲潮到位時注水狀態整體結構示意圖，圖2C 為漲潮到位時注水完成狀態整體結構示意圖，圖2D為漲潮結束、退潮開始 時整體結構示意圖。
圖3是在退潮狀態下本發明的實施例2結構示意圖，其中，圖3A為退 潮時整體結構示意圖，圖3B為漲潮時整體結構示意圖，圖3C為漲潮到位 時注水狀態整體結構示意圖，圖3D為圖3A的俯視圖。
圖4是本發明的電磁離合器結構示意圖，其中圖4A為電磁離合器制動 狀態示意圖，圖4B為電磁離合器非制動狀態示意圖。
具體實施方式
下列實施例是對本發明的進一步解釋和說明，對本發明不構成任何限制。
實施例1
參閱圖1、圖2,圖1A~圖1E，圖2A~圖2D中的C為海水，D為海底。 本發明的利用潮汐漲、落潮的雙向發電系統包括容器10、充、放水裝置20、 定位裝置30及發電裝置40。所述容器10是由不鏽鋼板焊接而成的內部中 空的密閉容器，它是一種浮於海面上，可隨海水漲、退潮上下移動的千噸 級以上，最好為萬噸級的箱式浮體，也可以是一種更大型的供多機組聯合 發電的平臺式浮體。該容器10由頂板11、底板12及側板13密封連接而成， 形成縱截面為矩形或橢圓形的容器，很顯然，該容器的周邊形狀可以是圓 形、矩形或其它形狀，而不應受到限制，且容器的大小可根據發電容量而 任意擴展。在圖1A 圖1E所示的實施例中，該容器IO是整體呈長方體形 的容器(見圖1A、圖1E),在容器10的靠近四個角處各設有一個用於穿置 定位裝置30用的上下貫通的定位孔14，該定位孔可以是圓形或方形，它由 豎向設置於容器中，並與容器10焊接固定的不鏽鋼管而形成。在容器10 頂部和底部位於每個定位孔14兩側各設有一組側滑4侖15，每組側滑輪包括 對稱設置的四個滑輪151，該側滑輪與定位裝置30滾動接觸，使得容器IO 不會因搖擺而與定位裝置相互卡死。如圖1A、圖1E,在容器10的側面設 有兩個出、入水口 131,該出、入水口是在容器10的側板13的中下部開設 窗口或缺口而形成。
圖1C中，在容器IO上的兩個出、入水口 131處各設有一個充、放水 裝置20，該充、放水裝置20包括閘板21、第一齒輪齒條機構22及電機23， 所述閘板21是寬度大於出、入水口 131，高度大於容器側板13高度的板狀 體，它活動地置於容器出、入水口131的內側，其與容器10的接觸部位鑲 嵌有密封條，閘板21上端由容器IO頂部伸出。如圖1D,所述第一齒輪齒條機構22由第一齒條221和齒輪222構成，該第一齒條221沿豎直方向固 定在閘板21的內側靠中上部。與第一齒條嚙合的齒輪222裝在穿置於容器 10側壁上的齒輪軸223上，齒輪軸則與可正反轉的電機23連接。當容器 IO到達退潮時的低點時，可啟動電機23帶動齒輪222轉動，齒輪222則推 動第一齒條221向上移動，打開出、入水口 131將水排空，水排空則電機 反轉將出、入水口 131關閉；當容器IO運行到漲潮時的高點時，則通過充、 放水裝置20打開出、入水口 131將海水注入容器10,以使容器10在重力 作用下下行發電。
再如圖1C所示，所述容器10活動地裝設於述定位裝置30上，該定位 裝置為多根定位柱，定位柱的橫截面形狀是與容器10上的定位孔14形狀 相對應的圓形或方形，最好為方形，定位柱的直徑或最大外圍尺寸略小於 容器10上的定位孔14的直徑或周邊尺寸，使得容器10可在定位柱上上下 滑動。在容器10的周邊形狀(即橫截面形狀)為圓形的情況下，該定位裝 置包括至少三個直立的定位柱30，它們穿置在沿容器10的圓周方向等間距 設置的定位孔14中；如圖1E,在容器為長方體形的情況下，則在容器10 靠近四個角處的定位孔14中各穿置一個定位柱30,該定位柱的下端固定於 海底，其柱體穿過容器10上的定位孔14，並使容器10可沿定位柱上下移 動。
如圖1A 圖1E所示，在容器IO上設有發電裝置40，該發電裝置是通 過潮汐的漲落使容器10上下運動帶動發電機組發電的機械增速式發電裝 置，它可以是單組或多組。本實施例中，每組發電裝置包括一根立柱41， 兩個第二齒輪齒條機構42、第一變速機構43及第一發電機44,在圖1D及 圖1E中可見，所述立柱41是橫截面為圓形或方形的柱狀體，它穿置於容 器10中部的立柱孔16中，其下端固定於海底。立柱孔結構同定位孔14， 立柱41的直徑或外圍尺寸大於立柱孔16的直徑或周邊尺寸，使得容器10 可沿立柱41上下移動。每個第二齒輪齒條機構包括一個第二齒條421及與之嚙合的第一主動齒輪422,本實施例中的兩個第二齒條421沿軸向對稱固 定在立柱41的外側，兩個第一主動齒輪422分別裝在兩個第一變速箱423 上，第一主動齒輪422的齒輪軸裝在箱體內，該主動齒輪的部分輪齒伸出 於第一變速箱423之外。每個第一變速箱內設有一個可多級變速的第一變 速機構43，該第一變速機構為多級齒輪變速機構，其變速級數及參數可才艮 據發電容量設計，或選用適用的常規齒輪變速機構。兩個第一變速機構的 輸出端分別與兩個第一發電機44連接。很顯然，所述第二齒輪齒條機構42、 第一變速機構43及第一發電機44的外部可設置一密封殼(圖中未示出)， 以防海水進入。圖1E中示出了三組獨立發電的發電裝置40，但其僅為示意 而並不局限於此。實際上，由於本發明中，容器10的大小不受限制，因此 其上可設置多組發電裝置40,多組發電裝置的輸出端並聯至同一輸出電纜 45,電纜45則連接至位於海岸上的配電房46。
圖1、圖2分別示出了本發明的雙向發電系統在海水漲、退潮狀態下的 工作狀態。
首先參閱圖1B，當海水退潮到低點時，可啟動充、；故水裝置20的電才幾 23，由其帶動齒輪222轉動，齒輪222則推動第一齒條221向上移動，打 開容器10的出、入水口 131將水排空，水排空後電機反轉將出、入水口 131 關閉，水排空後的狀態如圖1A所示。
如圖2A所示，漲潮時，容器10在排空狀態下由漲潮海水託浮上行， 在容器10上升過程中，固定在容器頂部的第一主動齒輪422與固定在立柱 41上的第二齒條421相互嚙合，並與容器10同步向上運行。第一主動齒輪 在向上移動的同時被固定不動的第二齒條421推動而轉動，因此帶動能夠 多級變速的第一變速機構43逐級增速，當增速到最後一級時便達到發電所 需的轉速，並帶動第一發電機44開始發電，第一發電機44所產生的電流 經電纜45輸送到配電房46。
如圖2B所示，當容器10運行到漲潮時的高點時，可啟動充、放水裝置20的電機23,由其帶動齒輪222轉動，齒輪222則推動第一齒條221向 上移動，打開容器10的出、入水口 131將海水注入容器10，當容器10內 充入約80%容積的海水時，可控制電機23反轉將出、入水口 131關閉，出、 入水口關閉後狀態如圖2C所示。容器10在注水後重量大幅增加，為其進 行重力發電提供了條件。
在退潮過程中，本發明的系統可以兩種方式發電，其一是使容器10與 退潮海水同步落下而發電，其二是在容器10中充入海水後使其滯後下行， 靠自身重力下落而發電，第二種方式如圖2D所示，通過圖1D及圖4所示 的電磁離合器50可使容器10停留在漲潮時的高點，然後再通過其自身重 力下落而發電，此種方式可控制容器10下落的速度和發電量。退潮時的發 電過程如上所述。
所述電磁離合器50結構如圖4所示，該電磁離合器裝在第一發電機44 或第二發電才幾410的主軸441、 411上，其結構如圖4A、圖4B所示，該電 磁離合器包括電》茲線圈51、離合盤52。如圖4B，當電磁線圏51斷電時， 離合盤52與之相分離，第一發電機44或第二發電才幾410可正常運轉。如 圖4A，當電磁線圏51通電時，離合盤52與之相吸合，第一發電機44或第 二發電機410的主軸停止轉動，並使得發電裝置40停止運行，因而使容器 10可停留在漲潮時的高點而滯後下行。
實施例2
本發明的利用潮汐漲、落潮的雙向發電系統中，發電裝置也可通過另 一方案來實現。
同實施例l,發電裝置40可以是單組，也可以是多組，圖3D示出了兩 組發電裝置。如圖3A 圖3C所示，每組發電裝置包括驅動臂45、驅動臂 後支架46、驅動臂前支架47、第三齒輪齒條機構48、第二變速機構49及 第二發電機410，所述驅動臂後支架46為直杆式或三角支架，本例中，後 支架46為三角支架，其下端固定於容器10頂部，其上端固接有與驅動臂45可轉動連接的橫杆461。驅動臂前支架47是起承重作用的支撐體，它固 定於遠離容器10的海灘或岸邊，該前支架可以是鋼支架或水泥築成的支架， 在其上端設有橫向軸孔。所述驅動臂45呈橫向設置，其末端沿長度方向設 有用於調整安裝位置的條狀滑孔"1，驅動臂上與所述驅動臂前支架47對 應的位置設有橫向軸孔。驅動臂後支架上端的橫杆461活動地穿置於驅動 臂45的條狀滑孔451內，形成可轉動連接，使驅動臂45可繞橫杆461轉 動。驅動臂前部可轉動地裝在固定於驅動臂前支架47上的橫向軸孔內的固 定軸452上，與驅動臂前支架47形成可轉動連接。所述第三齒輪齒條機構 48包括第三齒條481及第二主動齒輪482,所述第三齒條481為弧形齒條， 它與驅動臂45基本垂直地設置在驅動臂的前端部，它可與驅動臂一體形成， 用於驅動第二主動齒輪482轉動。與第三齒條相嚙合的第二主動齒輪482 裝在第二變速箱491上，第二主動齒輪的輪軸裝在第二變速箱491內，第 二主動齒輪的部分輪齒伸出於第二變速箱外。第二變速箱內設有多級變速 的第二變速機構49,該第二變速機構為多級齒輪變速機構，其輸出端與第 二發電機410連接。所述第二變速箱491與驅動臂的第三齒條481相對地 設置在支架420頂部，支架420則固定在第三齒條481的外側。多組發電 裝置40的輸出端並聯至同一輸出電纜45。電纜45則連接至配電房46。
圖3A、圖3B示出了實施例2所述發電裝置40在海水漲、退潮狀態下 的工作狀態。
首先如圖3A所示，漲潮時，容器10在排空狀態下由漲潮海水託浮上 行，在容器10上升過程中通過驅動臂後支架46對驅動臂45末端產生向上 的推力，驅動臂45末端受力後逐漸向上抬起，其前端則以前支架47上的 固定軸452為支點向下轉動，驅動臂轉動時由其前端的第三齒條481推動 第二主動齒輪482轉動，並通過第二變速機構49帶動第二發電機410發電。 圖3B示出了容器IO上升至漲潮高點時的狀態。
如圖3C,當容器10運行到漲潮時的高點時，可通過充、放水裝置20向容器10內充入海水，並通過使容器10與退潮海水同步落下而發電，或 使充入海水的容器IO滯後下行，靠自身重力下落而發電。其過程同實施例 1。
權利要求
1、一種利用潮汐漲、落潮的雙向發電系統，其特徵在於，它包括一個置於海面上可隨海水漲、退潮上下移動，並可充入或放出海水的浮動式容器(10)；對所述容器(10)充、放海水的充、放水裝置(20)；對所述容器(10)進行定位和引導其上下移動的定位裝置(30)；及與所述容器(10)相連的發電裝置(40)，其中，所述充、放水裝置(20)設於容器(10)上，容器(10)則活動地裝設於所述定位裝置(30)上，容器(10)在漲潮時在排空狀態下由漲潮海水託浮上行，到達漲潮高點時注入海水，並可與落潮海水同步下行或滯後下行，容器(10)在上行和下行的雙向過程中帶動發電裝置(40)發電。
2、 如權利要求1所述的利用潮汐漲、落潮的雙向發電系統，其特徵在 於，所述容器(10)為內部中空的密閉的箱式或平臺式浮體，其貯水時重 量為千噸級以上。
3、 如權利要求2所述的利用潮汐漲、落潮的雙向發電系統，其特徵在 於，在容器(10)靠近邊緣處設有至少三個上下貫通，且與容器(10)密 封連接的定位孔(14 ),在容器(10 )頂部和底部位於每個定位孔(14 )兩 側各設有一組與定位裝置(30)滾動接觸的側滑輪(15)，在容器(10)的 側面設有至少一個出、入水口 (131)。
4、 如權利要求3所述的利用潮汐漲、落潮的雙向發電系統，其特徵在 於，在容器(10)上的至少一個出、入水口 (131)處設有至少一個充、放 水裝置(20)。
5、 如權利要求4所述的利用潮汐漲、落潮的雙向發電系統，其特徵在 於，所述充、放水裝置(20)包括閘板(21)及第一齒輪齒條機構(22)， 其中，閘板(21)活動地置於容器出、入水口 (131)的內側，其上端由容器(10)頂部伸出；第一齒輪齒條機構(22)的第一齒條(221)裝在閘板 (21)的內側，與第一齒條嚙合的齒輪(222 )裝在與容器(10)側壁連接 的齒輪軸上，齒輪軸則與電機(23)連接。
6、 如權利要求1所述的利用潮汐漲、落潮的雙向發電系統，其特徵在 於，所述定位裝置(30)包括至少三根直立的定位柱(31)，它們間隔設置 於容器(10)的近邊緣處，該定位柱的下端固定於海底，其柱體穿置於容 器(10)上，並使容器(10)可沿定位柱上下移動。
7、 如權利要求1所述的利用潮汐漲、落潮的雙向發電系統，其特徵在 於，所述發電裝置(40)可以是單組或多組，每組發電裝置包括一根立柱(41), 一個或一個以上第二齒輪齒條機構(4"、第一變速機構(43)及 第一發電機(44),其中，立柱(")穿置於容器(10)的中部，其下端固 定於海底；第二齒輪齒條機構(42 )分別設置在容器(10 )頂部及立柱(41) 上；第一變速機構(43)的輸入端和輸出端分別與第二齒輪齒條機構(42) 及第一發電機(44)相連接，多組發電裝置(40)的輸出端並聯至同一輸 出電纜。
8、 如權利要求7所述的利用潮汐漲、落潮的雙向發電系統，其特徵在 於，每個第二齒輪齒條機構包括第二齒條(421)及第一主動齒輪(422 ), 其中，第二齒條(421)沿軸向固定在立柱(41)的外側，與第二齒條(421) 嚙合的第一主動齒輪(422 )裝在第一變速箱(423 )上，第一變速箱內設 有多級變速的第一變速機構(43 )，該變速機構的輸出端與第一發電機(44 ) 連接。
9、 如權利要求1所述的利用潮沙漲、落潮的雙向發電系統，其特徵在 於，所述發電裝置(40 )可以是單組或多組，每組發電裝置包括驅動臂(45 )、 驅動臂後支架(46)、驅動臂前支架(47)、第三齒輪齒條機構(48)、第二 變速機構(49)及第二發電機(410)，其中，驅動臂後支架(46)下端固 定於容器(10)頂部，上端與驅動臂(45)末端可轉動連接；驅動臂前支架(47)固定於遠離容器(10)的海灘或岸邊；驅動臂(45)的末端與驅 動臂後支架(46)可轉動連接，驅動臂前部與驅動臂前支架(47)可轉動 連接；第三齒輪齒條機構(48 )分別置於驅動臂(45 )及第二變速箱(491) 上，並與裝在支架(420 )頂部的第二變速箱內的第二變速機構H9)連接， 該變速機構的輸出端與第二發電機(410)連接，多組發電裝置(40)的輸 出端並聯至同一輸出電纜。
10、 如權利要求9所述的利用潮沙漲、落潮的雙向發電系統，其特徵 在於，每個第三齒輪齒條機構(48)包括第三齒條(481)及第二主動齒輪(482 )，其中，第三齒條(481)為弧形齒條，它與驅動臂(45)基本垂直 地設置在驅動臂的前端部，與第三齒條相嚙合的第二主動齒輪(482 )裝在 第二變速箱(491)上，第二變速箱內設有多級變速的第二變速機構(49)， 該變速機構的輸出端與第二發電機(410)連接。
11、 如權利要求7或9所述的利用潮沙漲、落潮的雙向發電系統，其 特徵在於，在發電裝置(40)上連接有電磁離合器(50),該電磁離合器裝 在第一發電機(")或第二發電機(410)的主軸上。
全文摘要
一種利用潮汐漲、落潮的雙向發電系統，它包括一個置於海面上可隨海水漲、退潮上下移動，並可充入或放出海水的浮動式容器(10)；對所述容器(10)充、放海水的充、放水裝置(20)；對所述容器(10)進行定位和引導其上下移動的定位裝置(30)；及與所述容器(10)相連的發電裝置(40)。充、放水裝置(20)設於容器(10)上，容器(10)則活動地裝設於所述定位裝置(30)上，容器(10)在漲潮時在排空狀態下由漲潮海水託浮上行，到達漲潮高點時注入海水，並可與落潮海水同步下行或滯後下行，容器(10)在上行和下行的雙向過程中帶動發電裝置(40)發電。
文檔編號F03B13/26GK101302989SQ200810068208
公開日2008年11月12日 申請日期2008年6月30日 優先權日2008年6月30日
發明者餘家紅 申請人:深圳市紅門科技股份有限公司