一种海流能捕获装置、使用方法及海流能发电系统与流程

本发明涉及海流能发电，具体涉及一种海流能捕获装置、使用方法及海流能发电系统。

背景技术：

1、分布式水下设备在海洋开发利用中起到至关重要的作用。目前它们主要依赖电池供电，面临需要定时更换电池，更换成本更高、操作复杂等难题。海洋中的海流蕴藏着丰富的机械能，能量密度较高、持续性较好，且其分布在水面以下的大部分深度范围内。因此，利用海流能发电的水下原位供电技术成为解决分布式水下设备供电问题的一种可行方法。

2、传统涡轮式电磁发电机是收集海流能的常见方式，发展也较为成熟。然而，涡轮式电磁发电机的结构复杂、体积较大，不便于随着分布式水下设备灵活布置。而且虽然涡轮式电磁发电机的发电功率能达到兆瓦(mw)级别，但涡轮式电磁发电机对于海水流速的要求较高，启动需要海水流速达到1m/s以上。

3、如现已公开的中国专利cn 117013782 a一种复合发电模式的新型波浪能捕获装置及工作方法，其公开了一种将摩擦纳米发电机与电磁发电机集合为一体的波浪能捕获装置。这种波浪能捕获装置体积较小，适于灵活设置，但是不适合直接布置在水下。而且这种复合式发电的波浪能捕获装置由波浪力驱动，对波浪的频率、波高等参数具有一定的要求，虽然启动流速与传统涡轮式电磁发电机相比有所下降，但仍不能满足一些海水流速极低的海域使用，对海流能的捕获能力较差。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的波浪能捕获装置不适合随分布式水下设备布置在水下，而且不能满足一些海水流速极低的海域使用，对海流能的捕获能力较差的缺陷，从而提供一种能布置在水下，且能满足海水流速极低的海域使用，对海流能的捕获能力较强的海流能捕获装置、使用方法及海流能发电系统。

2、为了解决上述问题，本发明提供了一种海流能捕获装置，包括：

3、安装组件，所述安装组件包括：弹性连接座、安装架体和外壳体，所述安装架体设置于所述弹性连接座上，所述外壳体罩设于所述安装架体外侧；

4、摩擦-电磁发电组件，所述摩擦-电磁发电组件包括多个设置于所述安装架体上的发电机构，当海流沿第一方向冲击所述安装组件时，所述安装架体和所述外壳体沿第二方向周期性摆动使所述发电机构发电，所述第一方向与所述第二方向垂直。

5、可选的，所述安装架体和所述外壳体均呈四棱柱状，且所述四棱柱垂直于其高度方向的截面为等腰梯形，所述第一方向垂直于所述等腰梯形的长边和短边，所述第二方向平行于所述等腰梯形的长边和短边。

6、可选的，所述安装架体设置有多个安装孔，所述安装孔的轴向平行于所述第二方向，每个所述安装孔内设置有一个所述发电机构。

7、可选的，所述弹性连接座包括：底座和弹性悬臂梁，所述弹性悬臂梁的固定端与所述底座连接，自由端与所述外壳体连接。

8、可选的，所述安装组件还包括密封件，所述密封件设置于所述外壳体的底端。

9、可选的，所述发电机构包括：管道、磁球、金属电极、线圈和硅钢筒，所述管道设置于所述安装孔内，所述磁球滚动设置于所述管道内，且所述磁球表面覆盖有介电材料层，两个所述金属电极沿所述管道的轴向间隔设置于所述管道内，所述线圈缠绕在所述管道外壁，所述硅钢筒套设在所述线圈外侧。

10、可选的，所述金属电极连接金属导线，每个所述发电机构中的所述金属导线并联。

11、可选的，海流能捕获装置还包括静电屏蔽线，所述静电屏蔽线设置于所述弹性连接座。

12、一种海流能捕获装置的使用方法，应用于所述的海流能捕获装置，当海流沿第一方向冲击安装组件时，外壳体、安装架体及设置于所述安装架体上的发电机构沿第二方向周期性摆动，所述发电机构会同步进行摩擦发电步骤和电磁感应发电步骤；

13、所述摩擦发电步骤包括：磁球在管道内来回滚动，当所述磁球表面的介电材料层与其中一个所述金属电极摩擦接触时，该所述金属电极会与另一所述金属电极之间产生电势差，进而产生交变电流；

14、所述电磁感应发电步骤包括：所述磁球在所述管道内来回滚动，所述磁球的磁感线会切割所述管道外壁的线圈，产生交变电流。

15、一种海流能发电系统，包括海流能捕获装置、整流桥和负载，所述海流能捕获装置与所述整流桥连接，所述负载与所述整流桥连接；

16、还包括与所述负载并联的输入电容、二极管以及储能电容，且所述二极管还串联连接有放电管，所述储能电容还串联连接有电感。

17、本发明具有以下优点：

18、1.本发明提供的海流能捕获装置，包括：安装组件和摩擦-电磁发电组件。安装组件包括：弹性连接座、安装架体和外壳体，安装架体设置于弹性连接座上，外壳体罩设于安装架体外侧。摩擦-电磁发电组件包括多个设置于安装架体上的发电机构。由于发电机构设置在安装架体上，而安装架体外侧又设置有外壳体，外壳体可以防止海水侵入发电机构，因此海流能捕获装置可以设置在水下，实现水下原位供电。当海流沿第一方向冲击安装组件时，引发安装架体和外壳体沿第二方向周期性摆动进而使发电机构发电。这是由于海流绕过安装组件时会引起水动力不稳定，继而会在安装组件下游产生交替脱落的脱落涡，并引发安装组件振动，这一现象也称为流致振动。由于流致振动这种现象可以在极低流速下产生，并且振幅大、频率稳定，因此这种装置能满足海水流速极低的海域使用，对海流能的捕获能力较强。

19、2.本发明提供的海流能捕获装置，安装架体和外壳体均呈四棱柱状，且四棱柱垂直于其高度方向的截面为等腰梯形。这种形状的安装架体和外壳体所具有的边缘特征，尤其是棱角特征会增加海流来流时的局部压力梯度，使得流体在通过棱角部位时产生更强的扰动，这样有利于增强海流经过安装组件后下游脱落涡的形成，提高发电机构的发电效率，也提高装置捕获海流能的能力。

20、3.本发明提供的海流能捕获装置，弹性连接座包括：底座和弹性悬臂梁，弹性悬臂梁的固定端与底座连接，自由端与外壳体连接。当安装组件受到海流冲击时，安装架体和外壳体会随之振动，反应灵敏。

21、4.本发明提供的海流能捕获装置，安装组件还包括密封件，密封件设置于外壳体的底端。设置密封件后提高外壳体与安装架体之间的密封性能，防止海水侵入安装架体内，损坏发电机构。

22、5.本发明提供的海流能捕获装置，发电机构包括：管道、磁球、金属电极、线圈和硅钢筒，管道设置于所述安装孔内，磁球滚动设置于管道内，且磁球表面覆盖有介电材料层，两个金属电极沿管道的轴向间隔设置于管道内，线圈缠绕在管道外壁，硅钢筒套设在线圈外侧。这种发电机构在振动时会带动磁球在管道内往复运动从而进行摩擦发电和电磁发电。并且通过设置硅钢筒还可以减小各个发电机构之间的干扰，有利于多个发电机构并联发电，输出功率较大。

23、6.本发明提供的海流能捕获装置，海流能捕获装置还包括静电屏蔽线，静电屏蔽线设置于弹性连接座，可以减小导入水体的电荷数量。

24、7.本发明提供的海流能捕获装置的使用方法，当海流沿第一方向冲击安装组件时，安装架体及设置于安装架体上的发电机构沿第二方向周期性摆动，发电机构会同步进行摩擦发电步骤和电磁感应发电步骤。由于当海流冲击在安装组件会发生流致振动，因此海流能捕获装置可以应用于海流流速极地的海域中，海流能捕获能力较强。