ГЕНЕРАТОР ЭНЕРГИИ ПОСРЕДСТВОМ ПРИЛИВА Российский патент 2018 года по МПК F03B13/26 F03B15/02 F03B17/06 B63B35/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к двунаправленному устройству генерации энергии посредством прилива и, в частности, к устройству генерации энергии посредством прилива с возможностью удобной установки и разборки с использованием модулей водяного колеса, выполненному таким образом, что лопасти водяного колеса не вступают в контакт с приливно-отливным течением в области, неспособной поглощать энергию прилива, что сокращает сопротивление качению, в результате чего повышается эффективность генерации энергии.

Уровень техники

Общие методы генерации электроэнергии можно разделить на генерацию гидроэлектроэнергии с использованием водного потока, генерацию тепловой энергии с использованием ископаемого топлива, генерацию ядерной энергии и т.п.

В последние несколько лет пристальное внимание уделяется использованию природных ресурсов для генерации электроэнергии. Эти ресурсы включают в себя энергию ветра, солнечную энергию, энергию приливов и т.п. и являются экологически чистыми возобновляемыми источниками энергии.

Проблемы области гидроэнергетики связаны с поиском подходящих территорий и высокими затратами на строительство; в области теплоэнергетики возникают проблемы с потеплением и загрязнением атмосферы; а производство ядерной энергии вызывает негативную реакцию местных жителей и радиоактивность. Кроме того, при использовании энергии ветра и солнечной энергии проблематично обеспечить стабильное энергоснабжение в условиях меняющейся погоды, в то время как при использовании энергии посредством прилива возникают проблемы с точки зрения поиска подходящих территорий и т.п.

Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является генератор энергии посредством прилива, раскрытый в KR 20130038005 (дата публикации 17.04.2013).

Раскрытие сущности Техническая проблема

Настоящее изобретение разработано с учетом вышеуказанных проблем, и одной из целей настоящего изобретения является создание устройства генерации энергии посредством прилива, выполненного с возможностью эффективного поглощения энергии прилива за счет формирования широкой контактной поверхности между лопастями горизонтального и вертикального водяных колес и поверхностью воды.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание устройства генерации энергии прилива с возможностью препятствовать контакту лопастей водяного колеса с приливно-отливным течением в области, выполненной без возможности поглощения энергии прилива.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание устройства генерации энергии посредством прилива, которое легко устанавливается и разбирается с использованием модулей водяного колеса.

Вышеуказанные и другие цели могут быть выполнены в соответствии с настоящим изобретением, описанным ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Техническое решение

В соответствии с аспектом настоящего изобретения, предлагается устройство генерации энергии посредством прилива, содержащее: множество канальных дамб, расположенных на расстоянии друг от друга для образования канала постоянной ширины с обеспечением возможности приливно-отливному течению двигаться вперед или назад по каналу, причем каждая из дамб имеет множество установочных канавок, выполненных в виде углублений на поверхности дамбы и обращенных к каналу; первый водозаборник, проходящий от переднего конца канальной дамбы относительно направления движения приливно-отливного течения и имеющий такую коническую форму, при которой ширина водозаборника постепенно уменьшается в направлении к передней части канала; второй водозаборник, проходящий от заднего конца канальной дамбы относительно направления движения приливно-отливного течения и имеющий такую коническую форму, при которой ширина водозаборника постепенно уменьшается в направлении к задней части канала; а также модули водяного колеса, вставленные в установочные канавки и выполненные с возможностью генерировать энергию с использованием движения приливно-отливного течения.

Модуль водяного колеса может содержать: вертикальное водяное колесо, включающее вал вертикального водяного колеса, вертикально установленный в установочной канавке, а также лопасти вертикального водяного колеса, соединенные с валом вертикального водяного колеса, расположенные радиально относительного вала вертикального водяного колеса и имеющие форму плоской пластины; основную раму, содержащую нижнюю крепежную опору, расположенную в нижней части вала вертикального водяного колеса для поддержки нижнего конца вала вертикального водяного колеса, верхнюю пластину, расположенную над нижней крепежной опорой и поддерживающую верхний конец вала вертикального водяного колеса, и опорную раму, расположенную на одной стороне вала вертикального водяного колеса и соединенную с нижней крепежной опорой и верхней пластиной; опорные круглые пластины верхних и нижних лопастей вертикального водяного колеса, соединенные с валом вертикального водяного колеса и расположенные соответственно на верхней и нижней частях лопастей вертикального водяного колеса для поддержки верхнего и нижнего концов лопастей вертикального водяного колеса соответственно; а также генератор, соединенный с валом вертикального водяного колеса и вырабатывающий энергию, используя вращательное усилие вала вертикального водяного колеса.

Лопасти вертикального водяного колеса имеют одну из следующих форм: неравномерную форму поперечного сечения, волнистую форму поперечного сечения или зубчатую форму поперечного сечения.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается устройство генерации энергии посредством прилива, содержащее: воздушную подушку, установленную в море и имеющую такую форму, при которой ширина подушки уменьшается по направлению к носу и корме относительно направления движения приливно-отливного течения, причем воздушная подушка содержит множество вертикально открытых установочных отверстий; горизонтальное водяное колесо, включающее вал горизонтального водяного колеса, горизонтально установленный в установочном отверстии, а также лопасти горизонтального водяного колеса, соединенные с валом горизонтального водяного колеса и расположенные радиально относительно вала горизонтального водяного колеса; генератор, установленный на воздушной подушке и соединенный с валом горизонтального водяного колеса для генерации электроэнергии с использованием вращательного усилия вала горизонтального водяного колеса; множество носовых якорей, симметрично соединенных друг с другом на противоположных сторонах носа и выполненных с возможностью крепления носа относительно движения приливно-отливного течения; а также множество кормовых якорей, симметрично соединенных друг с другом на противоположных сторонах кормы и выполненных с возможностью крепления кормы относительно движения приливно-отливного течения.

Лопасти горизонтального водяного колеса имеют одну из следующих форм: неравномерную форму поперечного сечения, волнистую форму поперечного сечения или зубчатую форму поперечного сечения.

Преимущества

Устройство генерации энергии посредством прилива в соответствии с настоящим изобретением поддерживает следующие возможности.

Во-первых, один генератор может вырабатывать электроэнергию четыре раза в день, т.е. во время двух приливов и двух отливов, в результате чего повышается эффективность генерации электроэнергии.

Во-вторых, лопасти вертикального водяного колеса могут быть частично расположены в канале в области, способной поглощать энергию прилива или в установочной канавке канальной дамбы в области, неспособной поглощать энергию прилива, тем самым сокращая сопротивление водяного колеса приливному течению. Между тем лопасти горизонтального водяного колеса могут быть частично расположены в воде в области, способной поглощать энергию прилива, а лопасти горизонтального водяного колеса могут быть расположены в атмосферном воздухе в области, неспособной поглощать энергию прилива, тем самым сокращая сопротивление качению, увеличивая скорость вращения лопастей горизонтального водяного колеса и повышая эффективность выработки электроэнергии.

В-третьих, воздушная подушка может двигаться прямо по отношению к приливу или отливу, используя носовой якорь и кормовой якорь. Кроме того, воздушная подушка легко перемещается по поверхности воды и, таким образом, может быть неподвижно установлена с помощью носового якоря и кормового якоря в противоположных направлениях в месте на большой глубине с сильным приливно-отливным течением, где трудно осуществлять строительные работы, поэтому настоящее изобретение имеет множество вариантов применения.

В-четвертых, лопасти вертикального водяного колеса или лопасти горизонтального водяного колеса могут иметь неровную, волнистую или зубчатую форму поперечного сечения и, следовательно, могут иметь более широкую площадь поверхности, чем плоская форма, и, соответственно, широкую контактную поверхность с потоком, что повышает эффективность поглощения электроэнергии.

В-пятых, модуль водяного колеса может быть удобно установлен на установочных канавках 10а канальной дамбы или отсоединен от них, обеспечивая удобное управление устройством.

Описание чертежей

ФИГ. 1 представляет собой схематический вид состояния, в котором устройство генерации энергии посредством прилива в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, установлено в море.

ФИГ. 2 представляет собой схематический вид состояния, в котором модуль водяного колеса установлен в устройстве генерации энергии посредством прилива, показанном на ФИГ. 1.

ФИГ. 3 представляет собой вид модуля водяного колеса, показанного на ФИГ. 2, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

ФИГ. 4 представляет собой схематический вид состояния, в котором устройство генерации энергии посредством прилива в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения установлено в море.

ФИГ. 5 представляет собой схематический вид состояния, в котором установлено горизонтальное водяное колесо устройства генерации энергии посредством прилива, показанного на ФИГ. 4.

ФИГ. 6 представляет собой схематический вид форм лопасти вертикального водяного колеса, показанного на ФИГ. 3 и лопасти горизонтального водяного колеса, показанного на ФИГ. 5.

Наилучший вариант осуществления

Далее подробно описаны варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи. Варианты осуществления настоящего изобретения могут принимать различные формы. Объем настоящего изобретения не должен истолковываться как ограниченный вариантами осуществления, изложенными в настоящем описании. Варианты осуществления настоящего изобретения приведены для подробного объяснения настоящего изобретения специалистам данной области техники, к которой относится настоящее изобретение. Форма каждого элемента, показанного на чертежах, может быть выделена или преувеличена для более понятного объяснения.

ФИГ. 1 представляет собой схематический вид состояния, в котором устройство генерации энергии посредством прилива в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, установлено в море. Ссылаясь на ФИГ. 1, устройство 1 генерации энергии посредством прилива в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения может содержать множество канальным дамб 10, первые водозаборники 11, вторые водозаборники 12, модули 20 водяного колеса и генератор 16.

Множество канальных дамб 10 может быть расположено на расстоянии друг от друга в поперечном направлении, канал 14 может быть расположен между канальными дамбами 10. Множество установочных канавок 10а может быть выполнено в виде углублений на поверхности канальной дамбы 10, обращенной к каналу 14, в продольном направлении канальных дамб 10. Приливно-отливное течение моря может перемещаться вперед или назад по каналу 14.

Первый водозаборник 11 может проходить от переднего конца канальной дамбы 10 относительно направления движения приливно-отливного течения. Первый водозаборник 11 может иметь такую коническую форму, при которой его ширина постепенно уменьшается в направлении к передней части канала 14.

Второй водозаборник 12 может проходить от заднего конца канальной дамбы 10 относительно направления движения приливно-отливного течения. Второй водозаборник 12 может иметь такую коническую форму, при которой его ширина постепенно уменьшается в направлении к задней части канала 14.

ФИГ. 2 представляет собой схематический вид состояния, в котором модуль водяного колеса установлен в устройстве генерации энергии посредством прилива, показанном на ФИГ 1. ФИГ. 3 представляет собой вид модуля водяного колеса, показанного на ФИГ. 2 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Ссылаясь на ФИГ. 1-3, модуль 20 водяного колеса может быть установлен на каждой из установочных канавок 10а канальной дамбы 10 для генерации электроэнергии с использованием приливно-отливного течения. Например, электроэнергия может вырабатываться четыре раза в день, то есть во время двух приливов и двух отливов. Модуль 20 водяного колеса может включать в себя вертикальное водяное колесо 13, основную раму 17 и опорные поверхности 18 лопасти вертикального водяного колеса.

Вертикальное водяное колесо 13 может содержать вал 13а вертикального водяного колеса, вертикально установленный в основной раме 17, и лопасти 13b вертикального водяного колеса, соединенные с валом 13а вертикального водяного колеса и расположенные радиально относительно вала 13а горизонтального водяного колеса. Лопасти 13b вертикального водяного колеса горизонтально вращаются под воздействием движения приливно-отливного течения, а вал 13а вертикального водяного колеса вращается по мере вращения лопастей 13b вертикального водяного колеса.

Лопасти 13b вертикального водяного колеса могут иметь форму плоской пластины и поглощать энергию прилива, вступая в контакт с приливно-отливным течением и передавая энергию прилива на вал 13а вертикального водяного колеса. Лопасти 13b вертикального водяного колеса скрыты внутри установочных канавок 10а канальной дамбы 10 в области, неспособной поглощать энергию прилива, тем самым сокращая сопротивление и формируя наиболее оптимальную структуру вращения.

Кроме того, можно установить множество вертикальных модулей 20 на каждой из противоположных боковых поверхностей канала 14, и, следовательно, количество вырабатываемой электроэнергии может быть увеличено.

Вертикальное водяное колесо 13 может быть установлено на основной раме 17, а основная рама 17 может быть установлена на каждой установочной канавке 10а канальной дамбы 10. Основная рама 17 может включать нижнюю крепежную опору 17а, опорную раму 17b и верхнюю пластину 17с.

Нижняя крепежная опора 17а может поддерживать с возможностью поворота нижний конец вала 13а вертикального водяного колеса. Верхняя пластина 17с расположена над нижней крепежной опорой 17а и может поддерживать с возможностью поворота верхний конец вала 13а вертикального водяного колеса. Верхний конец вала 13а вертикального водяного колеса может проходить через верхнюю пластину 17с.

Опорная рама 17b расположена между нижней крепежной опорой 17а и верхней пластиной 17с и соединена с нижней крепежной опорой 17а и верхней пластиной 17с.

Опорные поверхности 18 вертикального водяного колеса установлены во внутреннем пространстве основной рамы 17 и соединены в осевом направлении с валом 13а вертикального водяного колеса. Опорные поверхности 18 вертикального водяного колеса включаюткруглые пластины 18а верхней лопасти вертикального водяного колеса, расположенные в верхних частях лопастей 13b вертикального водяного колеса для поддержки верхних концов лопастей 13b вертикального водяного колеса, и круглые пластины 18b верхней лопасти вертикального водяного колеса, расположенные на нижних участках лопастей 13b вертикального водяного колеса для поддержки нижних концов лопастей 13b вертикального водяного колеса.

Генератор 16 может быть соединен с валом 13а вертикального водяного колеса и вырабатывать электроэнергию с использованием вращательного усилия вала 13а вертикального водяного колеса. Кроме того, можно подключить передатчик 15 к валу 13а вертикального водяного колеса, а генератор 16 может принимать вращательное усилие вала 13а вертикального водяного колеса через передатчик 15 для выработки электроэнергию. Генератор 16 может быть установлен на верхней части канальной дамбы 10 или верхней пластине 17с.

Таким образом, модули 20 водяного колеса устройства 1 генерации энергии посредством прилива в соответствии с настоящим вариантом осуществления могут быть просто установлены на установочные канавки 10а каждой канальной дамбы 10 или отсоединены от них, что обеспечивает удобное управление устройством.

ФИГ. 4 представляет собой схематический вид состояния, в котором устройство генерации энергии посредством прилива в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, установлено в море. ФИГ. 5 представляет собой схематический вид состояния, в котором установлены горизонтальные водяные колеса устройства генерации энергии посредством прилива, показанного на ФИГ. 4. Ссылаясь на ФИГ. 4-5, устройство 2 генерации энергии посредством прилива в соответствии с настоящим вариантом осуществления настоящего изобретения может содержать воздушную подушку 30, горизонтальные водяные колеса 33, генераторы 34 и якорь 35.

Воздушная подушка 30 может быть установлена в реке или в море и иметь такую форму, при которой ее ширина уменьшается по направлению к носу и корме в зависимости от направления движения приливно-отливного течения. Воздушная подушка 30 может иметь одно или несколько вертикально открытых установочных отверстий 30а.

Горизонтальные водяные колеса 33 могут быть установлены в установочном отверстии 30а воздушной подушки 30. Горизонтальное водяное колесо 33 может содержать вал 33а горизонтального водяного колеса, горизонтально установленный в установочном отверстии 30а, и лопасти 13а горизонтального водяного колеса, соединенные с валом 33а горизонтального водяного колеса и расположенные радиально относительно вала 33а горизонтального водяного колеса. Лопасти 33b горизонтального водяного колеса содержат плоскую пластину и вертикально вращаются под воздействием движения приливно-отливного течения, и по мере вращения лопастей 33b горизонтального водяного колеса вращаются вращается вал 33а горизонтального водяного колеса.

Генератор 34 может быть установлен на воздушной подушке 30 и соединен с валом 33а горизонтального водяного колеса. Генератор 34 может вырабатывать электроэнергию, используя вращательное усилие вала 33а горизонтального водяного колеса.

Якорь 35 может содержать носовые якоря 35а, соединенные с противоположными сторонами носа 31 воздушной подушки 30, и кормовые якоря 35b, соединенные с противоположными сторонами кормы 32 воздушной подушки 30. Носовые якоря 35а могут фиксировать нос 31 воздушной подушки 30 в отношении движения приливного течения (прилива), а кормовые якоря 35b могут фиксировать корму 32 воздушной подушки 30 в отношении движения приливного течения (отлива).

Таким образом, нос 31 воздушной подушки 30 проходит прямо во время прилива, а корма 32 воздушной подушки 30 проходит прямо во время отлива.

Кроме того, лопасти 33b горизонтального водяного колеса могут поглощать энергию прилива, вступая в контакт с приливно-отливным течением для передачи энергии посредством прилива в вал 33а горизонтального водяного колеса. Лопасти 33b горизонтального водяного колеса двигаются в воздухе за пределами поверхности воды в области, неспособной поглощать энергию прилива, тем самым сокращая сопротивление вращению, увеличивая скорость вращения лопастей 33b горизонтального водяного колеса и повышая эффективность выработки электроэнергии.

ФИГ. 6 представляет собой схематический вид форм лопасти вертикального водяного колеса, показанной на ФИГ. 3 и лопасти горизонтального водяного колеса, показанной на ФИГ. 5. Ссылаясь на ФИГ. 6, лопасть 13b вертикального водяного колеса и лопасть 33b горизонтального водяного колеса, которые могут использоваться в устройствах генерации энергии посредством прилива в соответствии с настоящим изобретением, могут иметь более широкую площадь поверхности по сравнению с плоской формой, что повышает эффективность поглощения энергии посредством прилива. То есть лопасть 13b вертикального водяного колеса и лопасть 33b горизонтального водяного колеса могут иметь неравномерную форму поперечного сечения, волнистую форму поперечного сечения или зубчатую форму поперечного сечения.

Промышленная применимость

Настоящее изобретение может быть применено к различным типам устройств генерации энергии посредством прилива.

Изобретение относится к двунаправленному устройству генерации энергии посредством прилива. Устройство содержит множество канальных дамб 10, расположенных на расстоянии друг от друга для образования канала 14 постоянной ширины, содержащих множество установочных канавок 10а, каждая из которых выполнена посредством выемок на поверхности, обращенной к каналу 14, первый и второй водозаборники 11 и 12, а также модуль 20 водяного колеса, вставленный в канавку 10а и выполненный с возможностью вырабатывать электроэнергию с использованием движения приливно-отливного течения. Приливно-отливное течение может двигаться вперед/назад по каналу 14. Водозаборник 11 проходит от переднего конца дамб 10 по направлению движения приливно-отливного течения и имеет форму пиков, при которой ширина водозаборника 11 постепенно уменьшается в направлении к передней части канала 14. Водозаборник 12 проходит от заднего конца дамб 10 относительно направления движения приливно-отливного течения и имеет форму пиков, при которой ширина водозаборника 12 постепенно уменьшается в направлении к задней части канала 14. Изобретение направлено на обеспечение возможности эффективного поглощения энергии прилива. 6 ил.

Устройство генерации энергии посредством прилива, содержащее:

множество канальных дамб, расположенных на расстоянии друг от друга для образования канала постоянной ширины с обеспечением возможности приливно-отливному течению двигаться вперед или назад по каналу, причем каждая из дамб имеет множество установочных канавок, выполненных в виде углублений на поверхности дамбы и обращенных к каналу;

первый водозаборник, проходящий от переднего конца каждой канальной дамбы относительно направления движения приливно-отливного течения и имеющий такую коническую форму, при которой ширина водозаборника постепенно уменьшается в направлении к передней части канала;

второй водозаборник, проходящий от заднего конца канальной дамбы относительно направления движения приливно-отливного течения и имеющий такую коническую форму, при которой ширина водозаборника постепенно уменьшается в направлении к задней части канала; а также

модули водяного колеса, вставленные в установочные канавки и способные генерировать энергию с использованием движения приливно-отливного течения,

отличающееся тем, что модуль водяного колеса содержит:

вертикальное водяное колесо, содержащее вал вертикального водяного колеса, вертикально установленный в установочной канавке, и лопасти вертикального водяного колеса, соединенные с валом вертикального водяного колеса, расположенные радиально относительно вала вертикального водяного колеса и имеющие форму плоской пластины;

основную раму, содержащую нижнюю крепежную опору, расположенную в нижней части вертикального водяного колеса вала для поддержки нижнего конца вала вертикального водяного колеса, верхнюю пластину, расположенную над нижней крепежной опорой и поддерживающую верхний конец вала вертикального водяного колеса, и опорную раму, расположенную на одной стороне вала вертикального водяного колеса и соединенную с нижней крепежной опорой и верхней пластиной;

круглые пластины, соединенные с вертикальным валом водяного колеса и расположенные соответственно на верхней и нижней частях лопастей вертикального водяного колеса для поддержки верхних и нижних концов лопастей вертикального водяного колеса соответственно; а также

генератор, соединенный с валом вертикального водяного колеса и вырабатывающий электроэнергию с использованием вращательного усилия вала вертикального водяного колеса.