水流调节装置及其应用的海洋能发电装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种水流调节装置及其应用的海洋能发电装置。水流调节装置包括框架和至少一个导水板。导水板设置于框架以调节水流的流向，导水板所在的直线与水流方向形成倾斜夹角，倾斜夹角大于0度。本实用新型提供的水流调节装置及其应用的海洋能发电装置，通过设置导水板对水流进行导向，增大水流对水轮机的冲击力，加大了水轮机的转动，大幅度提高了提高发电机的发电效率。
【专利说明】水流调节装置及其应用的海洋能发电装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于可再生能源发电领域，尤其涉及一种水流调节装置及其应用的海洋能发电装置。
【背景技术】
[0002]海洋能(包含潮流能、海浪能、洋流能)是指海水流动的机械能，作为可再生能源，储量丰富，分布广泛，具有极好的开发前景和价值。海洋能的利用方式主要是发电，其工作原理与风力发电和常规水力发电类似，即通过能量转换装置，将海水的机械能转换成电能。具体而言，首先海水冲击水轮机，水轮机将水流的能量转换为旋转的机械能，然后水轮机经过机械传动系统带动发电机发电，最终转换成电能。
[0003]现今能源日益短缺，温室效应日益严重，能源需要低碳化，所以风能，海洋能(包含潮汐能、潮流能、海浪能、洋流能)等清洁能源是未来能源的发展方向。但现在这些清洁能源的发电设备，除了风能利用比较成熟外，海洋能的利用还都是在起步阶段，没有通用和成熟的设备，效率低下，设备不能大规模化。
实用新型内容
[0004]本实用新型为了克服现有技术的不足，提供一种能调节单向和双向水流的水流调节装置及其应用的海洋能发电装置。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型提供一种水流调节装置包括框架和至少一个导水板。导水板设置于框架以调节水流的流向，导水板所在的直线与水流方向形成倾斜夹角，倾斜夹角大于O度。
[0006]于本实用新型的一实施例中，水流调节装置还包括包括至少两个转轴和至少四个限位件，转轴和限位件设置于框架，导水板的数量为至少两个，每个导水板的一端连接转轴，另一端抵靠限位件，随着导水板绕着转轴旋转，导水板的另一端抵靠于不同的限位件。
[0007]于本实用新型的一实施例中，框架包括相互平行的第一支架、第二支架、第三支架和第四支架，第二支架和第三支架位于第一支架和第四支架之间，至少两个转轴分别设置于第二支架和第三支架，至少四个限位件分别设置于第一支架和第四支架。
[0008]于本实用新型的一实施例中，框架包括相互平行的第一支架、第二支架和第三支架，第二支架位于第一支架和第三支架之间，导水板的两端分别固定于第一支架和第二支架。
[0009]为实现本实用新型的另一目的，本实用新型还提供一种水流调节装置、水轮机和发电机。水流调节装置包括框架和至少一个导水板。导水板设置于框架以调节水流的流向，导水板所在的直线与水流方向形成倾斜夹角，倾斜夹角大于O度。
[0010]于本实用新型的一实施例中，水轮机的数量为至少三个且为偶数个，相邻两个水轮机呈轴对称设置以使相邻两个水轮机的转动方向相反。
[0011]于本实用新型的一实施例中，水流调节装置还包括包括至少两个转轴和至少四个限位件，转轴和限位件设置于框架，导水板的数量为至少两个，每个导水板的一端连接转轴，另一端抵靠限位件，随着导水板绕着转轴旋转，导水板的另一端抵靠于不同的限位件。
[0012]于本实用新型的一实施例中，框架包括相互平行的第一支架、第二支架、第三支架和第四支架，第二支架和第三支架位于第一支架和第四支架之间，至少两个转轴分别设置于第二支架和第三支架，至少四个限位件分别设置于第一支架和第四支架。
[0013]于本实用新型的一实施例中，框架包括相互平行的第一支架、第二支架和第三支架，第二支架位于第一支架和第三支架之间，导水板的两端分别固定于第一支架和第二支架。
[0014]综上所述，本实用新型提供的水流调节装置及其应用的海洋能发电装置，通过设置导水板对水流进行导向，增大水流对水轮机的冲击力，加大了水轮机的转动，大幅度提高了提高发电机的发电效率。
[0015]另外，根据是否设置限流件和转轴，本实用新型提供的水流调节装置可变换为双向水流调节装置或者单向水流调节装置，从而针对潮流和洋流这两种不同的海流情况，均能有效提高海洋能发电装置的发电功率。通过将水轮机数量设为偶数个，且相邻两个水轮机呈轴对称设置有效地提高水流的聚集和疏散，提升水流速度，从而加快水轮机的转动以提高发电机的发电效率。采用至少三个呈阵列式分布的水轮机。通过这种设置，每个水轮机无需太大，在保证发电功率甚至提高发电功率的前提下，有效地降低了水轮机的制造成本且延长水轮机的使用寿命。
[0016]为让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1所示为本实用新型第一实施例提供的水流调节装置的俯视图。
[0018]图2所示为本实用新型第一实施例提供的海洋能发电装置的俯视图。
[0019]图3为图2的正视图。
[0020]图4所示为本实用新型第一实施例提供的海洋能发电装置的在不同水流方向下的俯视图。
[0021]图5所示为本实用新型第二实施例提供的水流调节装置的俯视图。
[0022]图6所示为本实用新型第二实施例提供的海洋能发电装置的俯视图。
[0023]图7为图6的正视图。
【具体实施方式】
[0024]图1所示为本实用新型第一实施例提供的水流调节装置的俯视图。如图1所示，本实用新型提供一种水流调节装置10包括框架I和至少一个导水板4。导水板4设置于框架I以调节水流的流向，导水板所在的直线与水流方向Dl形成倾斜夹角Θ和Φ，倾斜夹角Θ和Φ大于O度。
[0025]于第一实施例中，水流调节装置还包括包括10两个转轴2和至少四个限位件3，转轴2和限位件3设置于框架，导水板4的数量为至少两个，每个导水板4的一端连接转轴2，另一端抵靠限位件3。随着导水板4绕着转轴2旋转，导水板4的另一端抵靠于不同的限位件3。
[0026]于第一实施例中，框架I包括相互平行的第一支架11、第二支架12、第三支架13和第四支架14。第二支架12和第三支架13位于第一支架11和第四支架14之间。至少两个转轴2分别设置于第二支架12和第三支架13，至少四个限位件3分别设置于第一支架11和第四支架12。
[0027]具体而言，如图1所示，转轴2的数量等于导水板4的数量，均为八个。四个转轴2设置于第二支架12，另外四个转轴2设置于第三支架13。限位件3的数量为十六个。其中七个限位件3设置于位于上游的第一支架11，另外九个限位件3设置于位于下游的第四支架14。然而，本实用新型对此不作任何限定。于其它实施例中，水流调节装置10可仅具有图1所示的左半边，又或者可以将图1所示的水流调节装置10的左半边作为一个单元模块，通过重复排列形成一个更大型的水流调节装置。
[0028]于本实施例中，框架I为轴对称结构，多个转轴2的位置为轴对称，多个限位件3的位置为轴对称，多个导水板4的位置为轴对称。具体而言，左边半个和右边半个水流调节装置10分别沿中心轴X呈轴对称，整个水流调节装置10相对于中心轴Y呈轴对称设置。
[0029]于第一实施例中，限位件3为限位杆。限位件3包括顶角限位件31和中间限位件32。顶角限位件31分别设置于框架I的顶角。于实际应用中，顶角限位件可由框架I本身的支架构成。中间限位件32设于框架I的中间。位于上游的中间限位件32和位于下游的中间限位件32相连所在的直线，与水流方向Dl不平行，即也形成不为零的夹角。通过这种设置，使得上游的中间限位件32和下游的中间限位件32的数量不相等，且排布也不对称。
[0030]导水板4的长度长于转轴2到限位件3之间的距离。因此，当导水板4受到水流冲击发生旋转时，其另一端可有效地被限位件3阻挡，从而使得导水板4无法继续旋转以实现限位功能。
[0031]随着导水板4绕着转轴2旋转，导水板4的另一端抵靠于不同的限位件3上。具体而言，当水流沿图1所示水流方向Dl流向本装置时，位于上游的导水板4抵靠顶角限位件31，位于下游的导水板4抵靠中间限位件32。当水流沿相反方向流向本装置时，导水板4在水流的冲击下绕着转轴2旋转，此时原来位于下游的导水板4改为处于上游，两个导水板4共同抵靠另外一个中间限位件32，位于图1中虚线所示的位置。原来位于上游的导水板4改为位于下游，两个导水板4分别抵靠中间限位件32。
[0032]导水板4所在的直线与水流方向Dl形成倾斜夹角Θ和Φ，倾斜夹角Θ和φ大于O度。具体而言，当水流沿图1所示方向流向本装置时，位于上游的导水板4所在的直线与水流方向Dl形成角度不为O的倾斜夹角Θ，位于下游的导水板4所在的直线与水流方向Dl形成角度不为O的倾斜夹角Φ。当水流沿相反方向流入时，形成的倾斜夹角亦不为O度。换言之，本实用新型的导水板4始终不会平行于水流方向，而是与水流方向具有一定倾斜夹角，从而发挥其引导水流的作用。
[0033]图2所示为本实用新型第一实施例提供的海洋能发电装置的俯视图。图3为图2的正视图。图4所示为本实用新型第一实施例提供的海洋能发电装置的在不同水流方向下的俯视图。请一并参考图2至图4。
[0034]如图2所示，海洋能发电装置包括水流调节装置10、至少两个水轮机20和发电机30。至少两个水轮机20设置于框架I内。发电机30连接至少两个水轮机20。[0035]于第一实施例中，水轮机20的数量为至少三个且为偶数个，且相邻两个水轮机20呈轴对称设置以使相邻两个水轮机20的转动方向相反。
[0036]具体而言，本实用新型的水轮机20的数量为三个或三个以上。现有的发电装置一般采用一个水轮机。然而只采用一个水轮机，为了提高发电功率，通常水轮机的直径会很大，这样会大大降低水轮机的转速，同时增大扭矩，导致中心轴和齿轮箱之间的摩擦加大，中心轴和齿轮箱的成本攀高。另外，整个发电装置的规模也会受到限制。然而，本实用新型采用至少三个水轮机，呈阵列式分布，如此每个水轮机无需太大，在保证发电功率甚至提高发电功率的前提下，有效地降低了水轮机的制造成本且延长水轮机的使用寿命。图2中绘出了四个水轮机20，然而，本实用新型对此不作任何限定。于其它实施例中，立式海洋能发电装置可仅具有三个水轮机20。
[0037]于本实施例中，多个水轮机20呈并排阵列设置，且相邻两个水轮机20的叶片33的弯曲方向呈轴对称。如图2所示，每两个水轮机20为一组且平行设置，左侧水轮机20的转动方向为逆时针，右侧水轮机20的转动方向为顺时针。通过将相邻水轮机20的转动方向设置为相反，有效地提高水流的聚集和疏散，提升水流速度，从而加快水轮机20的转动以提高发电机30的发电效率。然而，本实用新型对水轮机20的数量以及转动方向不作任何限定。
[0038]于本实施例中，导水板4的数量为水轮机20的数量的两倍，每两个导水板4对应于一个水轮机20且分别设置于水轮机20沿水流方向Dl的上游和下游。
[0039]以下以图2和图4中的左半边海洋能发电装置为例，详细说明导水板4如何进行导水以提高发电机30的发电效率。当水流沿水流方向Dl涌入，位于水轮机20上游的导水板4在水流的冲击作用下，左侧的导水板4绕转轴2顺时针旋转，右侧的导水板4绕转轴2逆时针旋转，直到导水板4的一端被顶角限位件31阻挡而不再继续旋转。此时，导水板4位于图2所示的位置，与水流方向Dl形成夹角Θ和Φ，而非平行。
[0040]位于上游的相邻两个导水板4共同将水流聚中，这样减少水流幅度，提高水流速率，增大水流对水轮机20的冲击力，加大了水轮机20的转动，大幅度提高了发电机30的发电效率。同时，导水板4将水流导向对应的水轮机20的转动方向。具体而言，左侧上游的导水板4将水流导向接近于水轮机20的转动方向，即逆时针，右侧上游的导水板4将水流导向接近于水轮机20的转动方向，即顺时针。导水板4通过将水流导向尽可能垂直于水轮机20的叶片的内凹处的方向，以加大水轮机20的转动，从而提高发电机30的发电效率。[0041 ] 通过水轮机20的水流继续向下游流动。位于水轮机20下游的导水板4在水流的冲击作用下，左侧的导水板4绕转轴2逆时针旋转，右侧的导水板4绕转轴2顺时针旋转，直到导水板4的一端被中间限位件32阻挡而不再继续旋转。此时，导水板4位于图2所示的位置。位于下游的相邻两个导水板4共同将水流分散，加大了排水力度，促进上游水的流入。
[0042]由于海洋能中的潮汐能常用于发电，因此在涨潮和落潮时海水的水流方向完全相反。当水流换向，由图4所示的水流方向D2流入时，此时曾经位于水轮机20下游的导水板4变为位于水轮机20的上游，位于水轮机20上游的导水板4变为位于水轮机20的下游。
[0043]当水流沿新的水流方向D2涌入(和原水流方向Dl相反)，位于水轮机20上游的导水板4在水流的冲击作用下，左侧的导水板4绕转轴2顺时针旋转，右侧的导水板4绕转轴2逆时针旋转，直到导水板4的一端被中间限位件32阻挡而不再继续旋转。此时，导水板4位于图4中所示的位置。
[0044]导水板4仍然是将水流导向尽可能垂直于水轮机20的叶片的内凹处的方向，换言之，左侧上游的导水板4将水流导向接近于水轮机20的转动方向，即逆时针，右侧上游的导水板4将水流导向接近于水轮机20的转动方向，即顺时针。由此加大水轮机20的转动，从而提高发电机30的发电效率。同理，位于下游的导水板4亦位于图3所示的位置。下游的导水板4加大排水力度。
[0045]由上述描述可知，无论水流方向如何，每个水轮机20的转动方向不会改变，但相邻水轮机20的转动方向相反。并且，无论水流方向如何，导水板4都能将水流导向水轮机20的转动方向从而加速水轮机20的转动速度以提高发电功率。
[0046]于本实施例中，位于上游的倾斜夹角Θ大于位于下游的倾斜夹角Φ。通过这种设置，使得上游尽可能地引导入更大幅度的水流，而下游只要保证顺利排出水流即可。
[0047]图5所示为本实用新型第二实施例提供的水流调节装置的俯视图。图6所示为本实用新型第二实施例提供的海洋能发电装置的俯视图。图7为图6的正视图。请一并参考图5至图7。
[0048]于第二实施例中，水流调节装置10’包括框架I’和至少一个导水板4’。导水板4’设置于框架I’以调节水流的流向，导水板所在的直线与水流方向Dl形成倾斜夹角Θ ’，倾斜夹角Θ ’大于O度。
[0049]于第二实施例中，框架I’包括相互平行的第一支架11’、第二支架12’和第三支架13’，第二支架12’位于第一支架11’和第三支架13’之间，导水板4’的两端分别固定于第一支架11’和第二支架12’。
[0050]于第二实施例中，海洋能发电装置包括水流调节装置10’、至少两个水轮机20和发电机30。至少两个水轮机20设置于框架I’内。发电机30连接至少两个水轮机20。本实施例中的水轮机20和发电机30与第一实施例相同，故以相同标号进行表不。
[0051]不同于第一实施例，第二实施例中的导水板4’是固定在框架1’，而非可活动地设置在框架I’上。并且，导水板4’仅仅设置在水流的上游。因此，本实施例提供的水流调节装置10’及其应用的海洋能发电装置能够对来自水流方向Dl的洋流进行导向，使得水流更加集中且垂直地冲向水轮机20的叶轮，从而加速水轮机20的转动，以提高发电机30的发电效率。
[0052]由于潮流是双向运动，实施例一提供的水流调节装置10为双向水流调节装置，其应用的海洋能发电装置尤其适用于利用潮流进行发电。而由于洋流运动是单向运动，实施例二提供的水流调节装置10’为单向水流调节装置，其应用的海洋能发电装置尤其适用于利用洋流进行发电。
[0053]综上所述，本实用新型提供的水流调节装置及其应用的海洋能发电装置，通过设置导水板对水流进行导向，增大水流对水轮机的冲击力，加大了水轮机的转动，大幅度提高了提高发电机的发电效率。
[0054]另外，根据是否设置限流件和转轴，本实用新型提供的水流调节装置可变换为双向水流调节装置或者单向水流调节装置，从而针对潮流和洋流这两种不同的海流情况，均能有效提高海洋能发电装置的发电功率。通过将水轮机数量设为偶数个，且相邻两个水轮机呈轴对称设置有效地提高水流的聚集和疏散，提升水流速度，从而加快水轮机的转动以提高发电机的发电效率。采用至少三个呈阵列式分布的水轮机。通过这种设置，每个水轮机无需太大，在保证发电功率甚至提高发电功率的前提下，有效地降低了水轮机的制造成本且延长水轮机的使用寿命。
[0055]虽然本实用新型已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟知此技艺者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。
【权利要求】
1.一种水流调节装置，其特征在于，包括: 框架；以及 至少一个导水板，设置于所述框架以调节水流的流向，所述导水板所在的直线与水流方向形成倾斜夹角，所述倾斜夹角大于O度。
2.根据权利要求1所述水流调节装置，其特征在于，所述水流调节装置还包括至少两个转轴和至少四个限位件，转轴和限位件设置于所述框架，所述导水板的数量为至少两个，每个导水板的一端连接所述转轴，另一端抵靠所述限位件，随着所述导水板绕着所述转轴旋转，所述导水板的另一端抵靠于不同的限位件。
3.根据权利要求2所述的水流调节装置，其特征在于，所述框架包括相互平行的第一支架、第二支架、第三支架和第四支架，所述第二支架和第三支架位于所述第一支架和第四支架之间，所述至少两个转轴分别设置于所述第二支架和第三支架，所述至少四个限位件分别设置于所述第一支架和第四支架。
4.根据权利要求1所述水流调节装置，其特征在于，所述框架包括相互平行的第一支架、第二支架和第三支架，第二支架位于第一支架和第三支架之间，导水板的两端分别固定于第一支架和第二支架。
5.一种海洋能发电装置，其特征在于，包括: 水流调节装置，包括: 框架；以及 至少一个导水板，设置于所述框架以调节水流的流向，所述导水板所在的直线与水流方向形成倾斜夹角，所述倾斜夹角大于O度； 水轮机，设置于所述框架内；以及 发电机，连接所述水轮机。
6.根据权利要求5所述的海洋能发电装置，其特征在于，所述水轮机的数量为至少三个且为偶数个，相邻两个水轮机呈轴对称设置以使相邻两个水轮机的转动方向相反。
7.根据权利要求5所述的海洋能发电装置，其特征在于，所述水流调节装置还包括至少两个转轴和至少四个限位件，转轴和限位件设置于所述框架，所述导水板的数量为至少两个，每个导水板的一端连接所述转轴，另一端抵靠所述限位件，随着所述导水板绕着所述转轴旋转，所述导水板的另一端抵靠于不同的限位件。
8.根据权利要求7所述的海洋能发电装置，其特征在于，所述框架包括相互平行的第一支架、第二支架、第三支架和第四支架，所述第二支架和第三支架位于所述第一支架和第四支架之间，所述至少两个转轴分别设置于所述第二支架和第三支架，所述至少四个限位件分别设置于所述第一支架和第四支架。
9.根据权利要求5所述的海洋能发电装置，其特征在于，框架包括相互平行的第一支架、第二支架和第三支架，第二支架位于第一支架和第三支架之间，导水板的两端分别固定于第一支架和第二支架。
【文档编号】F03B13/22GK203532149SQ201320476674
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年8月6日 优先权日:2013年8月6日
【发明者】林东, 黄长征, 陈正瀚 申请人:杭州林黄丁新能源研究院有限公司