一种模块化能量转换装置及其工作方法与应用制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模块化能量转换装置及其工作方法与应用，属于波浪能发电领域，包括执行器模块、插装阀模块、高压蓄能器模块、发电模块和浮子模块，执行器模块包括一级空心活塞杆、二级空心活塞杆和低压蓄能器，低压蓄能器内圆壁用于设置一级空心活塞杆，一级空心活塞杆的空心结构内滑动设置二级空心活塞杆，一级空心活塞杆与浮子模块连接，能够随浮子模块的运动而运动，液压马达与发电机连接。本发明专利技术采用模块化、集成式设计，能适用于多类波浪能发电的装置，通过浮子模块的垂荡运动来收集波浪能，在浮子模块上升、下降阶段均能对波浪能进行收集，具有双程收集波浪能的特征。具有双程收集波浪能的特征。具有双程收集波浪能的特征。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化能量转换装置及其工作方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种模块化能量转换装置及其工作方法与应用，属于波浪能发电


技术介绍

[0002]中国是工业大国，其轻、重工业产业链较为完备，对能源的需求旺盛。目前以及未来一段时间内化石能源依然是首要选择，在世界能源中有着统治性地位，化石燃料的大量使用、燃烧导致了一系列的环境问题例如大气污染、全球变暖、极端天气等问题。为了在保障经济发展的同时减少温室气体排放，世界各国都在积极发展风能、太阳能、海洋能等可再生能源，对其能源供给结构进行优化。其中海洋占有地球表面积的71％，海洋中拥有更加丰富的生物、矿产资源以及可再生能源。
[0003]我国海疆辽阔、海岛众多、海洋资源丰富。同时沿海地区也是中国的人口、工业的聚集区，对资源和能源需求巨大，发展前景广阔。海洋能主要指潮流能、波浪能、温差能等海水具有的能量，也包括海上风能、太阳能。其中波浪能相对风能、太阳能，具有能源密度高、理论捕获效率高、传播损耗小等优点。其中波浪能属于能量密度等级较大的可再生能源，其能量分布集中、理论能量俘获效率高、有效产能时间长，是世界各国可再生能源的研究热点。
[0004]中国专利文献CN 108240280 A公开了“基于模块化的超大型浮式平台与波浪能装置集成系统”，通过齿轮齿条传动方式把浮子的垂荡运动转化为执行器活塞杆的水平往复运动，进而驱动液压马达进行发电，该专利装置的结构复杂，功能单一，主要面向大型波浪能发电装置，其后期维修困难、维持运行的成本较大，难以促进波浪能发电装置的商业化、产业化。在波浪能发电领域，采用模块化、集成式设计方法，能适用于多类波浪能发电的装置基本处于空白。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种模块化能量转换装置及其工作方法与应用，采用模块化、集成式设计，能适用于多类波浪能发电的装置，通过浮子模块的垂荡运动来收集波浪能，在浮子模块上升、下降阶段均能对波浪能进行收集，具有双程收集波浪能的特征。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种模块化能量转换装置，包括执行器模块、插装阀模块、高压蓄能器模块、发电模块和浮子模块，所述浮子模块用于漂浮在水面/海面上，并且与波浪直接接触，所述执行器模块包括一级空心活塞杆、二级空心活塞杆和低压蓄能器，所述低压蓄能器的形状为空心圆环柱，其外圆壁为执行器模块的壳体，内圆壁用于设置一级空心活塞杆，低压蓄能器与一级空心活塞杆之间形成执行器第一腔，所述一级空心活塞杆的空心结构内滑动设置所述二级空心活塞杆，即一级空心活塞杆还作为二级空心活塞杆的活塞缸筒，二级空心活塞杆
的空心结构底部设置有通孔，即二级空心活塞杆的空心结构与一级空心活塞杆的空心结构相通，形成执行器第三腔，二级空心活塞杆与低压蓄能器之间形成执行器第二腔，执行器第二腔与低压蓄能器连接，所述一级空心活塞杆与浮子模块连接，能够随浮子模块的运动而运动；
[0008]当一级空心活塞杆随着浮子模块垂荡运动进行上下往复运动时，此时执行器第一腔、执行器第三腔的大小发生变化，进而压出高压液压油，这一过程能把波浪能转换为执行器的活塞杆往复运动的机械能；
[0009]所述低压蓄能器内设置有低压蓄能器可动活塞，低压蓄能器可动活塞上部设置有一充气口A，充气口A充入一定压力的氮气，低压蓄能器可动活塞下部充入液压油，当一级空心活塞杆向上移动时，执行器第一腔从低压蓄能器吸油，执行器第三腔向高压蓄能器模块输出高压油；当一级空心活塞杆向下移动时，执行器第三腔从低压蓄能器吸油，执行器第一腔向高压蓄能器模块输出高压油；
[0010]所述高压蓄能器模块包括高压蓄能器，所述高压蓄能器内部设置有高压蓄能器可动活塞，在高压蓄能器可动活塞上部设置有充气口B，充气口B充入一定压力的氮气，高压蓄能器可动活塞下部充入液压油；
[0011]所述插装阀模块包括插装阀壳体、单向阀A、单向阀B、单向阀C和单向阀D，单向阀A用于连接执行器第一腔和高压蓄能器有液压油的部分，通过单向阀A能够将执行器第一腔的高压油输入到高压蓄能器中存储；所述单向阀B用于连接执行器第一腔和低压蓄能器有液压油的部分，通过单向阀B能够将低压蓄能器的液压油输入执行器第一腔内；所述单向阀C用于连接执行器第三腔和高压蓄能器，通过单向阀C能够将执行器第三腔的液压油输入至高压蓄能器有液压油的部分；所述单向阀D用于连接执行器第三腔和低压蓄能器，通过单向阀D能够将低压蓄能器的液压油输入执行器第三腔；
[0012]所述发电模块包括发电模块壳体、液压马达和发电机，液压马达和发电机固定于发电模块壳体内，所述液压马达的输出端连接低压蓄能器，输入端连接高压蓄能器，液压马达与发电机连接，液压马达旋转带动发电机工作。
[0013]优选的，所述发电模块壳体、高压蓄能器的壳体、插装阀壳体和执行器模块的壳体相连接处通过卯榫结构进行连接，进而可实现快速组装；本专利技术的卯榫结构可参考现有技术进行，只要能实现快速组装即可；
[0014]所述插装阀壳体内设置有插装孔，单向阀A、单向阀B、单向阀C插装固定在插装孔内。
[0015]优选的，高压蓄能器模块的上部气体压力通常是根据海况进行设定，低压蓄能器的作用是为空腔补充液压油，高压蓄能器可动活塞上部的充气口B充入氮气的压力为10Mpa以上，所述低压蓄能器可动活塞上部充气口A充入氮气的压力为0.8Mpa以下，优选为0.4～0.6Mpa。
[0016]优选的，为有效防止海水腐蚀，所述发电模块壳体、高压蓄能器的壳体、插装阀壳体和执行器模块的壳体均由耐腐蚀的合金材料制成，且其外表面均涂有防腐涂料。
[0017]优选的，所述耐腐蚀的合金材料优选为铸钛ZT、NH55等，防腐涂料优选为ZS
‑
711无机防腐涂料。
[0018]优选的，所述高压蓄能器输入端和高压蓄能器连接的管路上设置有调速阀，所述
调速阀为由定差减压阀与节流阀串联而成的组合阀，所述定差减压阀的进口与高压蓄能器连接，定差减压阀的出口与节流阀的进口连接，节流阀的出口与液压马达连接。
[0019]当波浪较小时，浮子模块的运动行程较小，运动周期短，执行器第一腔、执行器第三腔瞬时出油量较小，少量高压油经高压蓄能器、调速阀进入液压马达，带动发电机发电，此时调速阀能消除海况变化对流量的影响；
[0020]当浮子的垂荡运动行程较大时，执行器第一腔、执行器第三腔瞬时出油量大，大量高压油经高压蓄能器、调速阀进入液压马达，带动发电机发电，此时调速阀能消除海况变化对流量的影响。
[0021]调速阀是由定差减压阀与节流阀串联而成的组合阀，定差减压阀两腔也分别与节流阀两端相通，设定差减压阀的进口压力为p1，油液经减压后出口压力为p2，通过节流阀又降至p3进入液压马达。p3大小由液压马达所连接的负载决定，负载变化，则p3和调速阀两端压差p1
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p3随之变化，但节流阀两端压差p2
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p3却不变。
[0022]实际应用时，液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化能量转换装置，其特征在于，包括执行器模块、插装阀模块、高压蓄能器模块、发电模块和浮子模块，所述浮子模块用于漂浮在水面/海面上，并且与波浪直接接触，所述执行器模块包括一级空心活塞杆、二级空心活塞杆和低压蓄能器，所述低压蓄能器的形状为空心圆环柱，其外圆壁为执行器模块的壳体，内圆壁用于设置一级空心活塞杆，低压蓄能器与一级空心活塞杆之间形成执行器第一腔，所述一级空心活塞杆的空心结构内滑动设置所述二级空心活塞杆，二级空心活塞杆的空心结构底部设置有通孔，即二级空心活塞杆的空心结构与一级空心活塞杆的空心结构相通，形成执行器第三腔，二级空心活塞杆与低压蓄能器之间形成执行器第二腔，执行器第二腔与低压蓄能器连接，所述一级空心活塞杆与浮子模块连接，能够随浮子模块的运动而运动；所述低压蓄能器内设置有低压蓄能器可动活塞，低压蓄能器可动活塞上部设置有一充气口A，充气口A充入一定压力的氮气，低压蓄能器可动活塞下部充入液压油；所述高压蓄能器模块包括高压蓄能器，所述高压蓄能器内部设置有高压蓄能器可动活塞，在高压蓄能器可动活塞上部设置有充气口B，充气口B充入一定压力的氮气，高压蓄能器可动活塞下部充入液压油；所述插装阀模块包括插装阀壳体、单向阀A、单向阀B、单向阀C和单向阀D，单向阀A用于连接执行器第一腔和高压蓄能器有液压油的部分，通过单向阀A能够将执行器第一腔的高压油输入到高压蓄能器中存储；所述单向阀B用于连接执行器第一腔和低压蓄能器有液压油的部分，通过单向阀B能够将低压蓄能器的液压油输入执行器第一腔内；所述单向阀C用于连接执行器第三腔和高压蓄能器，通过单向阀C能够将执行器第三腔的液压油输入至高压蓄能器有液压油的部分；所述单向阀D用于连接执行器第三腔和低压蓄能器，通过单向阀D能够将低压蓄能器的液压油输入执行器第三腔；所述发电模块包括发电模块壳体、液压马达和发电机，液压马达和发电机固定于发电模块壳体内，所述液压马达的输出端连接低压蓄能器，输入端连接高压蓄能器，液压马达与发电机连接，液压马达旋转带动发电机工作。2.根据权利要求1所述的模块化能量转换装置，其特征在于，所述发电模块壳体、高压蓄能器的壳体、插装阀壳体和执行器模块的壳体相连接处通过卯榫结构进行连接；所述插装阀壳体内设置有插装孔，单向阀A、单向阀B、单向阀C插装固定在插装孔内。3.根据权利要求1所述的模块化能量转换装置，其特征在于，所述高压蓄能器可动活塞上部的充气口B充入氮气的压力为10Mpa以上，所述低压蓄能器可动活塞上部充气口A充入氮气的压力为0.8Mpa以下，优选为0.4～0.6Mpa。4.根据权利要求1所述的模块化能量转换装置，其特征在于，所述发电模块壳体、高压蓄能器的壳体、插装阀壳体和执行器模块的壳体均由耐腐蚀的合金材料制成，且其外表面均涂有防腐涂料；优选的，所述耐腐蚀的合金材料优选为铸钛ZT、NH55等，防腐涂料优选为ZS
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711无机防腐涂料。5.根据权利要求1所述的模块化能量转换装置，其特征在于，所述高压蓄能器输入端和高压蓄能器连接的管路上设置有调速阀，所述调速阀为由定差减压阀与节流阀串联而成的组合阀，所述定差减压阀的进口与高压蓄能器连接，定差减压阀的出口与节流阀的进口连接，节流阀的出口与液压马达连接。
6.根据权利要求5所述的模块化能量转换装置，其特征在于，所述插装阀模块还包括单向...

【专利技术属性】
技术研发人员：李世振，颜飞，罗一牛，时文卓，杨旭，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：