Устройство преобразования энергии волн водной поверхности в электрическую энергию

Изобретение относится к области экологически чистого получения электрической энергии от механических колебаний волн водной поверхности водоема. Поставленная техническая задача достигается тем, что Указанный результат достигается тем, что: В известном устройстве для преобразования энергии волн водной поверхности, состоящим из воспринимающей поверхности, якорного груза, соединительного звена и линейного электрического преобразователя, согласно полезной модели в качестве воспринимающей поверхности использована поверхность плавающего рабочего тела (судно, понтон и т.д.) соединенной надводной частью тросами с якорным грузом с включением в них линейного электрического преобразователя, состоящего из двух частей с возможностью их взаимного линейного перемещения. В качестве активного элемента линейного преобразователя выбран пьезоэлемент или электрический генератор с обмоткой и линейно перемещающимся относительно нее намагниченным индуктором. Работает заявляемое устройство для преобразования энергии волн водной поверхности следующим образом. Во время простоя плавающего тела (судно, понтон и т.д.) 5 (Фиг.1а,б), периодически воздействуя на воспринимающую поверхность плавающего на воде тела (судно, понтон и т.д.) 5 (фиг.1а,б), волны на поверхности водоема 4 (фиг.1а,б) возбуждают периодическое качание плавающего на воде тела (судно, понтон и т.д.) 5 (фиг.1а,б), отдавая часть своей механической энергии последнему. Плавающее тело 5 (Фиг.1а,б) начинает периодически раскачиваться на волнах, увлекая за собой трос 2 (Фиг.1а,б) прикрепленный к надводной части его корпуса, который вторым концом удерживает один полуцилиндр линейного преобразователя 3 (Фиг.1а,б). С помощью якорного груза 1 (фиг.1а,б), опускаемого на дно водоема, во время стоянки плавающего тела (судно, понтон и т.д.), на тросе 2 (фиг.1а,б), через направляющие ролики 7 (фиг.1а,б) удерживается второй полуцилиндр в неподвижном, относительно дна водоема, состоянии. В результате расстояние между точкой крепления троса на плавающем теле (судно, понтон и т.д.) 5 (Фиг.1а,б) и якорным грузом 1 (фиг.1а,б) периодически увеличивается и уменьшается, увлекая за собой концы тросов устройства 2 (Фиг.1а,б), т.к. Оба полуцилиндра подпружинены друг относительно друга. 17 (Фиг.2). При периодическом сокращении и увеличении между крайними точками крепления устройства 3 (Фиг.1а,б), тросы 2 (Фиг.1а,б) 15, 16 (Фиг.2) в такт испытывают натяжение, через направляющие ролики 14 (Фиг.2) к зацепам 13 (Фиг.2) полуцилиндров, увлекая за собой встречные подпружиненные 17 (Фиг.2) полуцилиндры 18, 19 (Фиг.2) линейного преобразователя 3 (Фиг.1а,б), которые повторяют периодические поступательные встречные движения. Внутри них установленные активные элементы линейного преобразователя - катушки 12 (Фиг.2) и индуктор 11 (Фиг.2) или пьезоэлектрические элементы, начиная двигаться поступательно с той же частотой, вырабатывают электрический ток. Заявляемое устройство для преобразования энергии волн водной поверхности может найти широкое применение в области гидроэнергетики, в частности, в устройствах для преобразования энергии волн водной поверхности в электрическую энергию.

Изобретение относится к области гидроэнергетики - получения электрической энергии от колебания волн водной поверхности водоема.

Известна конструкция устройства для преобразования энергии волны, описанная в патенте Российской Федерации 2398130 C2 на изобретение по теме «СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ» по классу F03В 13/12, заявленном 20.11.2008 года и опубликованном 27.08.2010 года.

У заявленного устройства существенно похожие признаки - за рабочую поверхность также берется поплавок, а за якорный груз - монтируют бетонную плиту.

Колебаниями поплавка посредством двуплечевого рычага, через механический привод приводят в движение ротор электрогенератора, вырабатывающего электрический ток и находящегося в герметично закрытом внутреннем пространстве основания, которое закрепляют на дне в прибрежной зоне.

Авторы идеи совмещают использование энергии морских волн, в комплексном сочетании с защитой береговой линии от разрушительного действия штормов, а также более полное использование имеющейся потенциальной энергии и повышение мощности вырабатываемой энергии за счет сложения кинетической и гравитационной энергии воды волн.

Существенными недостатками данной конструкции являются - трудоемкость в изготовлении такой и подобных ей установок и как следствие - дороговизна проекта. А так, как все узлы модели связаны механически, то возможны большие потери энергии в следствии трения. Вполне вероятно, что у модели, о которой идет речь в приведенной патентной работе - небольшой КПД.

Близким к заявляемому является устройство для преобразования энергии морских волн описанное в патенте Российской Федерации 2443900 на изобретение «ВОЛНОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ» по классу F03B 13/12, F03B 13/22, заявленном 20.10.2010 года и опубликованном 27.02.2012 года.

Известное устройство для преобразования энергии волн включает преобразователь энергии, содержащий систему шестерен, заключенных в корпус, закрепленный на опоре выше поверхности воды с возможностью вращения вокруг вертикальной оси рычаг, который одним концом соединен с системой шестерен через механизм одностороннего вращения, а вторым - с цилиндрическим поплавком.

Поплавок снабжен волновым оперением для ориентации по направлению волн и свободно вращается на оси рычага, компенсируя различия волновых сил на концах поплавка. Генератор закреплен на опоре выше поверхности воды и соединен с преобразователем энергии. Изобретение позволяет осуществлять ориентацию поплавка по направлению волн и более эффективно преобразовывать энергию морских волн.

Недостатками известного устройства являются сложность и высокая стоимость по изготовлению, монтажу и обслуживанию.

Для данной установки необходима связь генератора с поплавком, через систему шестеренок, где и возможны большие потери энергии на силы трения и как следствие невысокий КПД.

Задачей заявляемой полезной модели является расширение арсенала технических средств определенного назначения-создание более простого и дешевого устройства для преобразования энергии волн водной поверхности.

Техническим результатом является реализация заявляемой полезной модели.

Указанный результат достигается тем, что:

1. В известном устройстве для преобразования энергии волн водной поверхности, состоящим из воспринимающей поверхности, якорного груза, соединительного звена и линейного электрического преобразователя, согласно полезной модели в качестве воспринимающей поверхности использована поверхность плавающего рабочего тела(судно, понтон и т.д.) соединенной надводной частью тросами с якорным грузом с включением в них линейного электрического преобразователя, состоящего из двух частей с возможностью их взаимного линейного перемещения.

2. Устройство по п.1, согласно полезной модели, что каждый трос соединен с надводной частью плавающего тела (судно, понтон и т.д.) и якорным грузом, через линейный электрический преобразователь.

3. Устройство по п.1, согласно полезной модели, что линейный электрический преобразователь содержит по меньшей мере один пьезоэлектрический преобразователь.

4. Устройство по п.1, согласно полезной модели, что линейный электрический преобразователь содержит по меньшей мере один электрический генератор с поступательным движением индуктора относительно индукционных катушек.

5. Устройство по п.1, согласно полезной модели, что части линейных электрических преобразователей имеют вид полуцилиндров с возможностью вхождения меньшего в больший.

6. В устройстве по пп.1 и 2,, согласно полезной модели, что введение линейных электрических преобразователей в соединение выполнено путем встречного соединения одной части линейного электрического преобразователя с надводной частью плавающего рабочего тела (судно, понтон и т.д.), а другой части - с концом троса, связанного другим концом с якорным грузом.

7. Устройство по п.1, согласно полезной модели, что части линейных электрических преобразователей подпружинены друг относительно друга.

Решение задачи заявляемой полезной модели и достижение технического результата при ее реализации обеспечивается использованием в качестве воспринимающей поверхности поверхность плавающего рабочего тела (судно, понтон и т.д.), соединенной надводной частью тросами с якорным грузом с включением в них линейного электрического преобразователя, состоящего из двух частей с возможностью их взаимного линейного перемещения, что позволяет сделать устройство более удобным в монтаже и эксплуатации, улучшить его ремонтопригодность.

При этом каждый трос может быть соединен с надводной частью плавающего тела (судно, понтон и т.д.) и якорным грузом через линейный электрический преобразователь, а части линейных электрических преобразователей могут иметь форму полуцилиндров с возможностью частичного вхождения меньшего в больший.

При этом введение линейных электрических преобразователей в соединение может быть выполнено путем встречного соединения одной части линейного электрического преобразователя с якорным грузом, а другой части - с концом троса, связанного другим концом с плавающим телом(судно, понтон и т.д.) или путем встречного соединения одной части линейного электрического преобразователя с нижней частью троса соединяющего якорный груз, а другой части - с верхней частью троса, соединяющего плавающее тело (судно, понтон и т.д.).

При этом части линейных электрических преобразователей могут быть подпружинены друг относительно друга.

При этом линейный электрический преобразователь может содержать по меньшей мере один пьезоэлектрический преобразователь или по меньшей мере один электрический генератор с поступательным движением индуктора относительно индукционных катушек.

Предлагаемая совокупность существенных признаков сообщает заявляемому устройству для преобразования энергии волн водной поверхности новые свойства, позволяющие решить поставленную задачу.

Заявляемое устройство для преобразования энергии волн водной поверхности обладает новизной по сравнению с прототипом, отличаясь от него тем, что:

1. в качестве воспринимающей поверхности использована поверхность плавающего рабочего тела(судно, понтон и т.д.) соединенной надводной частью тросами с якорным грузом с включением в них линейного электрического преобразователя, состоящего из двух частей с возможностью их взаимного линейного перемещения.

2. каждый трос соединен с надводной частью плавающего тела и якорным телом, через линейный электрический преобразователь.

3. линейный электрический преобразователь содержит по меньшей мере один пьезоэлектрический преобразователь.

4. линейный электрический преобразователь содержит по меньшей мере один электрический генератор с поступательным движением индуктора относительно индукционных катушек.

5. части линейных электрических преобразователей имеют вид полуцилиндров с возможностью вхождения меньшего в больший.

6. введение линейных электрических преобразователей в соединение выполнено путем встречного соединения одной части линейного электрического преобразователя с надводной частью плавающего рабочего тела (судно, понтон и т.д.), а другой части - с концом троса, связанного другим концом с якорным грузом.

7. части линейных электрических преобразователей подпружинены друг относительно друга.

Заявляемое устройство для преобразования энергии волн водной поверхности может найти широкое применение в области гидроэнергетики, в частности, в устройствах для преобразования энергии волн водной поверхности в электрическую энергию, поэтому заявляемая полезная модель соответствует критерию «промышленная применимость».

Заявляемое устройство для преобразования энергии волн водной поверхности иллюстрируется чертежами, где представлены на:

Фиг.1 (а,б). Общая схема устройства.

Фиг.2. Вид линейного электрического преобразователя в разрезе.

Устройство, представленное на чертеже (см. фиг.1), содержит общий вид при установке на судно в состоянии простоя, а чертеж (см. фиг.2) содержит вид с боку, в разрезе линейного преобразователя с элементами электромагнитного генератора внутри. Плавающее тело (судно, понтон и т.д.) 5 (Фиг.1а,б) в состоянии простоя на водной поверхности 4 (Фиг.1а,б) и якорный груз 1 (Фиг.1а,б), через направляющие ролики 7 (Фиг.1а,б) соединены тросами 2 (Фиг.1а,б) с включением в соединение линейного электрического преобразователя 3 (Фиг.1а,б), состоящего из двух частей, с возможностью их взаимного линейного перемещения.

Каждый трос 2 (Фиг.1а,б) соединен с плавающим телом(судно, понтон и т.д.)) 5 (Фиг.1а,б) и якорным грузом 1 (Фиг.1а,б) через линейный электрический преобразователь 3 (Фиг.1а,б) в виде двух полуцилиндров с возможностью частичного вхождения меньшего в больший (см. Фиг.2). Части линейного электрического преобразователя 3 (Фиг.1а,б) подпружинены друг относительно друга возвратной пружиной 17 (Фиг.2).

При этом одна часть линейного электрического преобразователя 3 (Фиг.1а,б) связана тросом 2 (Фиг.1а) или через крепеж 6 (Фиг.1б) с надводной частью плавающего тела (судно, понтон и т.д.) 5 (Фиг.1а,б), а другая часть - с концом троса 2 (Фиг.1а,б), связанного другим концом с якорным грузом 1 (Фиг.1а,б).

Соединение частей выполнено встречным для того, чтобы при натяжении троса 2 (Фиг.1а,б) одна часть линейного электрического преобразователя 3 (Фиг.1а,б) больше входила в другую, а при его ослаблении - выдвигалась для оперативного обслуживания и замены (см. Фиг.2).

На Фиг.2 представлен вид с боку линейного электрического преобразователя в разрезе. Он состоит из двух подпружиненных 17 (Фиг.2) полуцилиндров меньшего диаметра 18 (Фиг.2) в большем 19 (Фиг.2), соединенных с натянутыми тросами 15 (Фиг.2) - от полуцилиндра с меньшим диаметром и тросами 16 (Фиг.2) - от большего полуцилиндра с помощью зацепов 13 (Фиг.2), идущими к источнику движения через направляющие ролики 14 (Фиг.2) встречно. Внутри преобразователя, в разрезе изображен магнитный индуктор 11 (Фиг.2) жестко связанный с полуцилиндром большего диаметра 19 (Фиг.2) и индукционные катушки 12 (Фиг.2) жестко связанные с меньшим полуцилиндром 18 (Фиг.2). Индуктор и катушка подпружинены 17 (Фиг.2) и могут перемещаться поступательно относительно друг друга.

Линейный электрический преобразователь в одном из вариантов выполнения содержит один или несколько последовательно соединенных пьезоэлектрических преобразователей, в другом варианте он содержит один или несколько электрических генераторов с поступательным движением индуктора относительно катушек, которые объединены в единую электрическую цепь. (на чертежах не показано).

Работает заявляемое устройство для преобразования энергии волн водной поверхности следующим образом.

Во время простоя плавающего тела (судно, понтон и т.д.) 5 (Фиг.1а,б), периодически воздействуя на воспринимающую поверхность плавающего на воде тела (судно, понтон и т.д.) 5 (фиг.1а,б), волны на поверхности водоема 4 (фиг.1а,б)возбуждают периодическое качание плавающего на воде тела (судно, понтон и т.д.) 5 (фиг.1а,б), отдавая часть своей механической энергии последнему. Плавающее тело 5 (Фиг.1а,б) начинает периодически раскачиваться на волнах, увлекая за собой трос 2 (Фиг.1а,б), прикрепленный к надводной части его корпуса, который вторым концом удерживает один полуцилиндр линейного преобразователя 3 (Фиг.1а,б). С помощью якорного груза 1 (фиг.1а,б), опускаемого на дно водоема, во время стоянки плавающего тела (судно, понтон и т.д.), на тросе 2 (фиг.1а,б), через направляющие ролики 7 (фиг.1а,б) удерживается второй полуцилиндр в неподвижном, относительно дна водоема, состоянии. Между частями преобразователя установлена пружина 17 (Фиг.2), которая при ослаблении натяжения тросов возвращает части преобразователя в исходное состояние. В результате расстояние между точкой крепления троса на плавающем теле (судно, понтон и т.д.) 5 (Фиг.1а,б) и якорным грузом 1 (фиг.1а,б) периодически увеличивается и уменьшается, увлекая за собой концы тросов устройства 2 (Фиг.1а,б). При периодическом сокращении и увеличении расстояния, между крайними точками крепления устройства 3 (Фиг.1а,б), тросы 2 (Фиг.1а,б) 15, 16 (Фиг.2) в такт испытывают натяжение, через направляющие ролики 14 (Фиг.2) к зацепам 13 (Фиг.2) полуцилиндров, увлекая за собой встречные подпружиненные 17 (Фиг.2) полуцилиндры 18, 19 (Фиг.2) линейного преобразователя 3 (Фиг.1а,б), которые повторяют периодические поступательные встречные движения. Когда сила приложенная к тросам начинает убывать, то пружина 17 (Фиг.2) элемента возвращает установку в исходное состояние. Внутри них установленные активные элементы линейного преобразователя - в данном примере, на чертежах, катушки 12 (Фиг.2) и намагниченный индуктор 11 (Фиг.2), начиная двигаться поступательно с той же частотой, вырабатывают электрический ток.

При максимальном сближении частей преобразователей 3 (фиг.1а,б) входящие в них пьезоэлектрические преобразователи вырабатывают электрические импульсы, которые поступают в объединяющую их электрическую цепь.

В другом варианте выполнения взаимное перемещение частей преобразователей 3 (фиг.1а,б) вызывает возвратно-поступательное перемещение намагниченных индукторов относительно катушек индуктивности, в обмотках которых появляется электрический ток, поступающий в их общую электрическую цепь.

Включив в цепь на выходе преобразователя электрический выпрямитель - диодный мост, емкостную развязку и получив тем самым положительно полярные импульсы, можем соединить несколько катушек преобразователя в параллель и заряжать импульсами аккумуляторные батареи или аккумулировать энергию другим способом, с последующим удобным преобразованием.

Получаемая таким образом электрическая энергия может быть использована для различных бытовых и хозяйственных нужд.

Заявляемое устройство для преобразования энергии волн водной поверхности по сравнению с прототипом является более простым и экономичным.

1. Устройство для преобразования энергии волн водной поверхности, состоящее из воспринимающей поверхности, якорного груза, соединительного звена и линейного электрического преобразователя, отличающееся тем, что в качестве воспринимающей поверхности использована поверхность плавающего рабочего тела (судно, понтон), соединенная надводной частью тросами с якорным грузом с включением в них линейного электрического преобразователя, состоящего из двух частей с возможностью их взаимного линейного перемещения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый трос соединен с надводной частью плавающего тела (судно, понтон и т.д.) и якорным грузом через линейный электрический преобразователь.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что линейный электрический преобразователь содержит по меньшей мере один пьезоэлектрический преобразователь.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что линейный электрический преобразователь содержит по меньшей мере один электрический генератор с поступательным движением индуктора относительно индукционных катушек.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что части линейных электрических преобразователей имеют вид полуцилиндров с возможностью вхождения меньшего в больший.

6. Устройстве по п.1 или 2, отличающееся тем, что введение линейных электрических преобразователей в соединение выполнено путем встречного соединения одной части линейного электрического преобразователя с надводной частью плавающего рабочего тела (судно, понтон), а другой части - с концом троса, связанного другим концом с якорным грузом.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что части линейных электрических преобразователей подпружинены относительно друг друга.