阅读说明：本技术 水力能源转换发电设备及其系统 (Hydraulic energy conversion power generation equipment and its system ) 是由 张振文 李慧芳 于 2018-05-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种水力能源转换发电设备,适用于设置在一水域,所述水域包含沿一个流动方向流动的流体,所述水力能源转换发电设备包括支架、固定在支架上的驱动单元以及用于产生电能的发电单元,所述驱动单元包括转动件,转动件与所述发电单元接触,所述转动件上固定有至少一个集能装置,集能装置受到所述流体推动而带动所述转动件转动。本发明通过驱动单元的设计,利用流体自身的动能以及流体受所述驱动单元的阻碍,推动驱动单元转动,以带动发电单元产生电能。本发明的水力能源转换发电设备适用于瀑布、河流或海洋近岸等水域,可以充分利用瀑布、河流或海潮的动能,不需制造水位高度差,适用范围广泛,结构简单,成本低廉,绿色环保。(The invention discloses a kind of hydraulic energy conversion power generation equipment, suitable for being arranged in a waters, the waters includes the fluid flowed along a flow direction, the hydraulic energy conversion power generation equipment includes bracket, the driving unit being fixed on bracket and the generator unit for producing electricl energy, the driving unit includes rotating member, rotating member is contacted with the generator unit, at least one energy-collecting device is fixed on the rotating member, energy-collecting device is driven the rotating member to rotate by the fluid forces.The present invention pushes driving unit rotation, using the kinetic energy and fluid of fluid itself by the obstruction of the driving unit by the design of driving unit to drive generator unit to produce electricl energy.Hydraulic energy conversion power generation equipment of the invention is suitable for the waters such as waterfall, river or ocean offshore, can make full use of the kinetic energy of waterfall, river or tide, is not required to that manufacture height of water level is poor, and applied widely, structure is simple, low in cost, environmentally protective.)

水力能源转换发电设备及其系统

技术领域

本发明涉及一种发电装置，更具体地说是将水流动力转换为电能的水力能源转换发电设备及其系统。

背景技术

人类文明社会发展都是依靠电能帮助，工商百业及家居生活也需要电能供应。产生电能的方法有很多，最普遍是火力发电和核能发电，还有其他还在研究中：如地热发电，温差发电，和沼气发电等等。火力发电都是燃烧煤或燃油，产生大量二氧化碳和二氧化硫，造成酸雨，污染环境，同时煤和燃油都会有耗尽的日期。核电站投资大，建造技术要求高，还有处理核废料问题，如有意外发生，造成辐射泄漏更是危害人类生命。

近年来，开发低成本无污染的发电系统逐渐受到重视，例如风力发电、太阳能发电、水力发电等。上述发电方式是利用天然资源来进行发电，相对于火力发电和核能发电等发电方式，较为环保且低污染。

水力发电已经进行了几个世纪，起初是使用产生机械能的水车用于推磨和驱动机器，近年来，人们已经使用来自流水的能量进行发电。典型的是，通过产生水头来发电，例如通过在河流上筑坝，然后使水落入涡轮机，水使该涡轮机转动从而发电。或者，由潮汐产生的水流可用于驱动位于潮汐流例如河口中的涡轮机。

为了产生经济上可行的充足功率，这种类型的水力发电需要非常昂贵的大型设施，并需要合适的地理位置。此外，必须寻找具有充足天然水头的地方，或者更典型的是，在河流上筑坝，这会造成环境破坏的后果，例如，淹没农田，对鱼类迁徙路线产生不利影响。因此，常规的水力发电不适用于小流水体或海浪潮汐。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种水力能源转换发电设备及其系统，能够将河流或海潮前进的动能转化为电能，而不需要水位高度差或涡轮等装置。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种水力能源转换发电设备，适用于设置在一水域，所述水域包含沿一个流动方向流动的流体，所述水力能源转换发电设备包括支架、固定在支架上的驱动单元以及用于产生电能的发电单元，所述驱动单元包括转动件，转动件与所述发电单元接触，所述转动件上固定有至少一个集能装置，集能装置受到所述流体推动而带动所述转动件转动。

进一步地，所述转动件为旋转带或旋转链条。

进一步地，还包括用于支撑所述转动件、并将所述转动件固定在所述支架上的支撑装置，所述转动件套设在所述支撑装置上。

进一步地，所述支撑装置包括转动桶和固定轴，转动桶与所述固定轴转动连接，固定轴固定在所述支架上。

进一步地，所述支撑装置的数量有多个，多个所述支撑装置沿水平方向依次放置，使所述转动件具有朝上的上平面以及朝下的下平面。

进一步地，所述集能装置包括一端开口的集能袋和用于控制所述开口开关的开关结构，所述集能袋的开口方向与所述流体的流动方向相反。

进一步地，所述集能袋由柔性材料制成，所述开关结构为固定在所述集能袋的开口处的重力棒。

进一步地，还包括浮力装置，所述支架固定在所述浮力装置上.

进一步地，还包括限位装置，限位装置用于限制所述支架在水平面上的自由度，但是不限制所述支架在竖直方向上的自由度。

一种水力能源转换发电系统，包括上述的水力能源转换发电设备和电缆，电缆与所述发电单元电连接。

本发明的有益效果：

本发明通过驱动单元的设计，利用流体自身的动能以及流体受所述驱动单元的阻碍，推动驱动单元转动，以带动发电单元产生电能。本发明的水力能源转换发电设备适用于瀑布、河流或海洋近岸等水域，可以充分利用瀑布、河流或海潮的动能，不需制造水位高度差，适用范围广泛，结构简单，成本低廉，绿色环保。

附图说明

图1为本发明一个优选实施例中水力能源转换发电设备及其系统的立体结构示意图；

图2为本发明一个优选实施例中集能装置的立体结构示意图；

图3为本发明一个优选实施例中水力能源转换发电设备的一个角度的侧视图；

图4为本发明一个优选实施例中水力能源转换发电设备的另一个角度的侧视图。

附图标记包括：

100-支架 110-支撑板 120-横向板

200-支撑装置 210-转动桶 220-固定轴

300-驱动单元 310-转动件 320-集能装置

321-集能袋 322-开关结构 400-浮力装置

500-发电单元 510-发电机 520-传动轴

600-限位装置 700-电缆

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，为本发明的一较佳实施例，该水力能源转换发电设备适用于设置在一水域，所述水域包含沿一个流动方向流动的流体，所述水力能源转换发电设备包括支架100、固定在支架100上的驱动单元300以及用于产生电能的发电单元500，所述驱动单元300包括转动件310，转动件310与所述发电单元500接触，所述转动件310上固定有至少一个集能装置320，集能装置320受到所述流体推动而带动所述转动件310转动。

本发明通过驱动单元300的设计，利用流体自身的动能以及流体受所述驱动单元300的阻碍，推动驱动单元300转动，以带动发电单元500产生电能。本发明的水力能源转换发电设备适用于瀑布、河流或海洋近岸等水域，可以充分利用瀑布、河流或海潮的动能，不需制造水位高度差，适用范围广泛，结构简单，成本低廉，绿色环保。以下对上述各个组成部分分别作进一步详细介绍。

支架100用于固定和支撑驱动单元300和发电单元500等，支撑装置200、驱动单元300、浮力装置400和发电单元500均与支架100固定连接。

如图1所示，支架100包括支撑板110和横向板120。支撑板110呈长条板状，其数量有两条，两条支撑板110在水平方向上并列设置。支撑板110的延伸方向与流体的流动方向大致在同一直线上。两条支撑板110之间固定有至少一条横向板120，横向板120决定了本发明设计的宽度。横向板120呈长条板状，例如图1中，横向板120的数量为四条。多条横向板120彼此之间等间隔设置，用于将两条支撑板110固定在一起，并保持两条支撑板110的相对位置。

支撑装置200固定在支架100上，包括转动桶210和固定轴220。支撑装置200的数量至少有一个，例如如图1所示，其数量有四个，在水平方向上等间隔分布。具体地，固定轴220呈杆状，其两端固定在所述支架100的支撑板110上，与支架100的横向板120大致平行设置。转动桶210与所述固定轴220转动连接，例如转动桶210与固定轴220通过轴承等连接，使转动桶210可以以固定轴220为旋转轴自由转动。

支撑装置200用于支撑驱动单元300。驱动单元300主要包括转动件310和集能装置320。

在本发明中，转动件310为旋转带或旋转链条。在本发明的优选实施例中，转动件310为旋转带，并且旋转带由塑胶、动植物纤维等柔性材料制成。转动件310紧紧地套设在所述支撑装置200的转动桶210上，使转动件310可以在转动桶210的支撑下自由转动，同时也将转动件310固定在所述支架100上。由于转动桶210也可以转动，故大大减少了转动件310与转动桶210之间的摩擦阻力。如图1所示，支撑装置200的数量有多个，多个支撑装置200平均分布以承托转动件310的转动。且多个支撑装置200沿水平方向依次放置，使所述转动件310形成朝上的上平面311以及朝下的下平面312。

转动件310上固定有至少一个集能装置320。集能装置320具有多个，平均分布在转动件310上。流体冲击集能装置320时，为转动件310提供动力，带动转动件310转动。优选地，转动件310转动到任意位置时，转动件310的上平面311和下平面312都分布有集能装置320，使转动件310可以持续获得动力。

具体地，集能装置320包括集能袋321和开关结构322。

如图2所示，集能袋321的一端为封闭结构，另一端具有开口。位于下平面312上的集能袋321的开口方向与所述流体的流动方向相反，即位于下平面312上的集能袋321的开口迎着水流或海浪前冲的方向，使流体能够冲进集能袋321内，利用流体的动能带动转动件310转动。而位于上平面311上的集能袋321的开口方向与所述流体的流动方向相同，即位于上平面311上的集能袋321的开口背着水流或海浪前冲的方向，使流体无法冲进集能袋321内，也就不会抵消转动件310的转动。

集能袋321可以由硬质材料制成，例如由硬质塑料或密度较小的金属等制成固定形状。集能袋321也可以由柔性材料制成，由塑胶、动植物纤维等柔性材料制成。

进一步地，集能袋321的开口处设置有用于控制所述开口开关的开关结构322。当集能袋321位于上平面311上时，开关结构322控制集能袋321的开口关闭；而当集能袋321位于下平面312上时，开关结构322控制集能袋321的开口打开。

具体地，当集能袋321由柔性材料制成时，开关结构322为固定在集能袋321的开口处的重力棒。当集能袋321位于下平面312上时，在重力棒的下拉作用下，集能袋321的开口被打开，使水流或海浪顺利冲进集能袋321内，同时集能袋321随着流体向前冲的动力带动转动件310转动。当集能袋321随转动件310转动到下平面312和上平面311之间的侧面时，集能袋321呈竖直状态，并且开口向下，集能袋321内的流体在重力的作用下从集能袋321流出。当集能袋321随转动件310继续转动到上平面311上时，集能袋321的开口在重力棒的下拉作用下被关闭，并且由于位于上平面311上的集能袋321的开口背着水流或海浪前冲的方向，故使流体无法冲进集能袋321内。也就是说，只有位于下平面312上的集能袋321能够带动转动件310转动。由于转动件310转动到任意位置时，转动件310的上平面311和下平面312都分布有集能装置320，故转动件310也可以持续获得动力。

发电单元500固定在支架100上，其包括发电机510和与发电机510连接的传动轴520。传动轴520还与转动件310接触，传动轴520是依附在转动件310上面。在转动件310转动时，传动轴520与转动件310产生摩擦力，当转动件310转动时，以摩擦力带动发电机510的传动轴520转动发电机510发电。

如图3和图4所示，该水力能源转换发电设备还包括浮力装置400，支架100固定在所述浮力装置400上。浮力装置400用于承托该水力能源转换发电设备的重量和使该水力能源转换发电设备浮在水面或海面上。进一步地，该水力能源转换发电设备通过浮力装置400保持位于下平面312上的集能袋321始终处于水面下，而位于上平面311的集能袋321始终处于水面上，并且不随水位上升或下降的影响。

在本实施例中，浮力装置400为浮箱，其数量有四个，分别固定在支撑板110的四个角落。

如图1所示，该水力能源转换发电设备还包括限位装置600，用于限制所述支架100在水平面上的自由度，但是不限制所述支架100在竖直方向上的自由度。限位装置600可以使该水力能源转换发电设备不被流体冲走，保持位于下平面312上的集能袋321的开口迎着水流或海浪前冲的方向，并且该水力能源转换发电设备可以随水位的升高或降低而上下移动。

在本实施例中，限位装置600为垂直柱，其数量有4根。垂直柱的一端固定在流体下面的土地中，例如河床或海底，另一端为自由端。每根垂直柱都卡在浮箱、支撑板110和固定轴220围成的U型卡槽内。如此设置，既可以使该水力能源转换发电设备随水位的升高或降低而上下移动，也可以保证该水力能源转换发电设备不被流体冲走，或改变方向。

当然，本申请不限制限位装置600的具体形式，限位装置600也可以是锚固该水力能源转换发电设备的装置。将所述装置锚固到流体的底部、岸边(例如河流的岸边)，或者合适的固定物体或漂浮物体。也能够将该水力能源转换发电设备的装置备准确地放置在流水体中，例如将其放置在最大的流动点，并保持在所需要的深度处。合适的固定物体可为例如固定桩。在一些优选的实施例中，容易想到的是，所漂浮述物体可为漂浮的平台、浮船、船或驳船。使用该水力能源转换发电设备时，这种漂浮物体可被锚固或拴在原位，但是漂浮物体也可被牵引或借助自身动力而移动，以便将该水力能源转换发电设备运输到不同的地方。这就能够将该水力能源转换发电设备运输到水流条件刚好极其有利的地方，例如河流由于雨水或融化的雪而增加的季节性水流。

实施例2

一种水力能源转换发电系统，包括实施例1中所述的水力能源转换发电设备和电缆700，电缆700与所述发电机510电连接，以输出发电机510产生的电。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。