[發明專利]基于Weis--Fogh效應的波浪能發電裝置及其方法

在審

• 申請號: 201510065984.6
• 申請日: 2015-02-09
• 公開（公告）號: CN104747360A
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發明（設計）人: 章社生;曠權;李陽;陳新;王松波;葉云凌;王彥超
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: F03B13/14
• 分類號: F03B13/14
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 劉秋芳

技術領域

本發明涉及海洋能開發利用技術領域，尤其涉及一種基于Weis--Fogh效應的波浪能發電裝置及其方法。

背景技術

???海洋波浪能作為一種清潔、無污染的可再生能源，分布廣闊、能量巨大，且比較容易利用，其能力密度可以達到2000一4000W/m²，幾乎是太陽能的200倍，風能的50倍，目前是海洋能開發的重點。世界各國目前已經研制出了若干種利用波浪能發電的實驗模型和商業產品。但是波浪的多向往復性運動，使設計者難以設計出合理的能量俘獲系統和動力攝取裝置，一次轉換效率較低；現有裝置采用能量多級轉換思路，結構復雜，中間轉換損耗大，降低了系統的轉換效率和可靠性。

????波浪能量的產生由自然條件及地理環境決定，能量變化幅值隨機性較大，同時方向也會發生變化。所以波浪能量是不穩定的，波浪能的傳遞裝置一般有機械傳遞和液壓傳遞兩種，已有技術通過加大機械傳遞裝置中飛輪的轉動慣量或在液壓傳遞裝置中利用蓄能器來調節波浪能的波動，上述方法雖然在一定程度上起到了抑制波浪能波動的作用，但是效果并不理想。這也是波浪能抑制未廣泛推廣應用的原因之一。如果從波浪能的采集環節就開始采取措施，使波浪能采集裝置主動適應波浪能量與方向的變化，將會有效提高波浪能量的利用率。

????Weis--Fogh效應是由一位英國生物學家Weis—Fogh（韋斯-福）發現臺灣小黃蜂在飛行過程中采用了一種特殊的振翅方式“振翅拍擊和揮擺急動”，認為這種特別的振翅方式與瞬時產生高升力有關。學術界將這種產生升力的機制命名為Weis--Fogh效應。Weis--Fogh機構（韋斯-福機構）起源于上個世紀七十年代，是一種模擬黃蜂飛行的升力裝置。如圖1所示，Weis--Fogh機構簡化成圖示結構，兩翼板拍擊閉合時(圖1(a))翼弦處于垂直方向；然后繞共同的根部以角速度Ω旋轉張開(圖1(b))，兩翼間形成空隙，迫使周圍流體充填該空隙，由于流體不可壓縮，當張開角很小時，流體充填空隙的速度非常高，造成機翼上下表面巨大壓力差。當半張開角度約為60°時(圖1(c)),兩翼以速度v分開(圖1(d))。當兩翼旋轉張開時,流體進入兩翼之間的空隙,同時產生大小相等,方向相反的速度環量Γ,并不違背總環量保持為零的開爾文定理因此,當兩板分開時,每一翼板將立即獲得流體升力L=pΓv的作用力。其中p為流體密度,故不存在由下泄渦引起的升力滯后現象。當Weis--Fogh機構閉合時，兩翼對空隙間的流體產生壓力，迫使流體流出空隙。與張開時類似，當張開角很小時，流體流出空隙的速度非常高，造成機翼上下表面巨大壓力差。因此，這種機構不僅能產生更大的升力，而且能瞬時產生升力，不像普通翼那樣產生升力時存在Wagner效應（即升力產生的滯后現象），具有極好的機動性和啟動性；試驗發現其升力系數高達6～8，理論分析計算結果表明，在初始張開階段，升力系數高達10以上。

????Weis--Fogh效應目前主要在新型船舶推進裝置與船舶零航速減搖上有一定研究，國內哈爾濱工程大學的金鴻章，在中國國家科學基金項目（50575048）的資助下設計出零航速減搖鰭，一項法國專利No.1418806，Oct.18，1965和一項美國專利No.3307358，Mar.7，1967提出了一種用于泵水或用于船舶推進的新裝置，其工作原理與Weis--Fogh效應類似。同時Weis--Fogh效應在飛行器用推進裝置（中國專利：CN101249889）、容積式泵（中國專利：CN201090437）也有一定研究。但Weis--Fogh效應在波浪能發電領域的研究與應用仍為空白。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術存在的不足提供一種能提高波浪能的轉換效率的一種基于Weis--Fogh效應的波浪能發電裝置及其方法。

本發明所采用的技術方案為：基于Weis--Fogh效應的波浪能發電裝置，其特征在于，它包括箱體，在箱體上至上而下依次設置有發電模塊、能量轉換機構、波浪能采集機構，波浪能采集機構通過能量轉換機構與發電模塊的發電機相連，所述波浪能采集機構包括設置在箱體下部的翼板，在箱體上對應翼板的上方和下方分別設置有平板和下端面，在波浪的作用下，翼板依次完成張開——上行——閉合、張開——下行——閉合的周期性運動，通過與滑動平板和下端面相互配合構成weis-fogh效應。

按上述技術方案，在箱體的下部還連接有有波向自適應機構。

按上述技術方案，在箱體上還設置有能量調節機構。

按上述技術方案，在箱體上還設置有保護機構。