本發(fā)明屬于洋流發(fā)電技術領域，具體涉及一種洋流發(fā)電裝置及其發(fā)電方法。

背景技術：

洋流又叫海流，是指大洋表層海水常年大規(guī)模的沿一定方向進行的較為穩(wěn)定的流動。洋流循著一定的路線永不停歇地運動著，其蘊含的能量比起陸地上的巨江大川蘊含的能量則要多出成千上萬倍。地球表面的71%都是海洋，這是一種巨大的能源，同時又是一種清潔的可再生能源。中國的洋流能源也很豐富，沿海洋流的理論平均功率為1.4億千瓦。因此，提高洋流發(fā)電機發(fā)電效率的研究，對于推進綠色資源，尤其是海洋資源的有效利用具有非常重大的意義。

目前洋流發(fā)電裝置主要包括輪葉式、降落傘式以及磁流式發(fā)電裝置，輪葉式洋流發(fā)電裝置利用海流推動輪葉，輪葉轉(zhuǎn)動帶動發(fā)電機進行發(fā)電；降落傘式海流發(fā)電裝置由幾十個串聯(lián)在環(huán)形鉸鏈繩上的降落傘組成；順海流方向的降落傘靠海流的力量撐開，逆海流方向的降落傘靠海流的力量收攏，降落傘順序張合，往復運動，帶動鉸鏈繩繼而帶動船上的鉸盤轉(zhuǎn)動，鉸盤帶動發(fā)電機發(fā)電；磁流式海流發(fā)電裝置以海水作為工作介質(zhì)，讓有大量離子的海水垂直通過強大磁場，獲得電流。

其中，由于輪葉式洋流發(fā)電裝置具有結構更簡單、操作方便以及經(jīng)濟成本更低等優(yōu)點，使得輪葉式洋流發(fā)電裝置在洋流發(fā)電中使用更加廣泛；但是現(xiàn)有的輪葉式洋流發(fā)電裝置還存在著一些缺陷，比如，現(xiàn)在的輪葉式洋流發(fā)電裝置中的葉片都是采用單片整體設計的思路，使得現(xiàn)在的輪葉式洋流發(fā)電裝置的發(fā)電效率低，使得洋流蘊含的巨大能量的利用率低。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明所要解決的技術問題是：如何提供一種能夠提高洋流發(fā)電效率、不受洋流流動方向限制以及結構設計合理的洋流發(fā)電裝置及其發(fā)電方法。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種洋流發(fā)電裝置，包括底座，所述底座的中間位置垂直設置有中心軸，還包括葉輪結構，所述葉輪結構包括葉框和若干葉片，所述葉框包括長條形的上固定塊和下固定塊；所述上固定塊和下固定塊的一端分別垂直固定在中心軸的側(cè)壁上，且上固定塊和下固定塊位于同一平面內(nèi)，所述上固定塊和下固定塊的另一端向外延伸；所述上固定塊上等間距設置有若干安裝孔，所述安裝孔為將上固定塊頂面和底面貫穿的通孔；所述上固定塊的頂面上設置有若干個使得輪葉結構在靜置的自然狀態(tài)下若干葉片呈相互搭接完全關閉狀態(tài)的復位機構，且每個復位結構位于兩個安裝孔之間或者安裝孔與上固定塊端頭之間；所述下固定塊的頂面上設置有若干個限制葉片單向轉(zhuǎn)動的安裝槽結構，所述若干個安裝槽結構與若干安裝孔一一對應；所述葉片的頂端和底端分別固定有上轉(zhuǎn)軸和下轉(zhuǎn)軸，所述上轉(zhuǎn)軸穿過安裝孔并與復位機構連接，所述下轉(zhuǎn)軸安裝在安裝槽結構中，以實現(xiàn)若干葉片垂直安裝在葉框中大致形成豎直百葉窗結構。

本技術方案中采用垂直軸發(fā)電系統(tǒng)設計，本發(fā)明中葉輪結構與底座垂直，使得葉輪結構可以實現(xiàn)對洋流能量的萬向捕獲，大大提高了本裝置的發(fā)電效率。本發(fā)明中通過在葉框中可轉(zhuǎn)動地安裝若干葉片以形成大致呈百葉窗形狀的葉輪結構，本發(fā)明打破了現(xiàn)有葉輪均采用整體設計的思路；再通過上固定板上設置的若干復位機構和下固定板上設置的用于限制葉片轉(zhuǎn)動角度的安裝槽結構；本發(fā)明結構簡單，可現(xiàn)場組裝，當葉輪處于靜置的自然狀態(tài)下時，通過復位機構控制若干葉片呈完全關閉的狀態(tài)，此時，當葉輪順著洋流的流動方向轉(zhuǎn)動時，洋流推動葉輪中完全閉合的葉片，此時該葉輪所受到的推力最大，因此，洋流帶動葉輪快速轉(zhuǎn)動，葉輪再帶動發(fā)電機進行發(fā)電；當該葉輪逆著洋流的流動方向轉(zhuǎn)動時，該葉輪中的若干葉片全部打開，兩塊相鄰葉片之間形成與洋流流動方向平行的過水口，使得該葉輪受到的阻力最小，可以減小葉輪動能的損耗，提高發(fā)電效率；因此本發(fā)明中提供的洋流發(fā)電裝置，通過合理的葉片設計使葉片能夠在洋流的推動作用下自動閉合，可以用于接收來自水平360度方向上的洋流能量；使得本發(fā)明發(fā)電不受洋流流動方向的限制，并且對洋流能量的利用效率比傳統(tǒng)的葉輪高，因此，本發(fā)明使得發(fā)電效率明顯提高。

進一步地，所述復位機構包括固定桿、錨桿和連桿，所述固定桿和錨桿固定在上固定塊的頂面上，且固定桿的頂面高于錨桿的頂面，所述連桿的兩端分別可轉(zhuǎn)動的固定在固定桿和錨桿的頂面上，所述連桿的側(cè)壁上固定有支柱，支柱的另一端上連接有轉(zhuǎn)動球。

本發(fā)明中復位機構為傾重力轉(zhuǎn)子結構，設計合理，結構簡單，由于轉(zhuǎn)動球受到重力的作用，因此，它總是有向連桿正下方運動的趨勢，纜繩未拉緊時，即轉(zhuǎn)動球不受力時，它會垂在連桿的正下方處，本發(fā)明利用轉(zhuǎn)動球受到重力的作用容易實現(xiàn)葉輪結構在靜置的自然狀態(tài)下，若干葉片呈完全閉合的狀態(tài)，這樣就保證了當本發(fā)明在初期啟動時受到洋流最大的推力，實現(xiàn)洋流發(fā)電機的自啟動功能，保證在洋流的推力能夠帶動處于靜置狀態(tài)下的整個葉輪機開始轉(zhuǎn)動，再通過葉輪機帶動發(fā)電機實現(xiàn)發(fā)電；轉(zhuǎn)動球可以為鋼球或者玻璃鋼球；本發(fā)明使用環(huán)境是在海底，因此，采用鋼球和玻璃鋼球，使得轉(zhuǎn)動球在海水中的防腐蝕功能較好；轉(zhuǎn)動球也可以采用重力較大，防腐蝕性能好的球類。

進一步地，所述上轉(zhuǎn)軸穿過安裝孔且通過軸承固定在安裝孔中，所述上轉(zhuǎn)軸頂端處的側(cè)壁上固定有尾翼，所述尾翼通過纜繩與轉(zhuǎn)動球連接。

本發(fā)明中通過支柱在連桿固定轉(zhuǎn)動球，轉(zhuǎn)動球通過纜繩與上轉(zhuǎn)軸連接；這樣使得傾重力轉(zhuǎn)子在控制葉片轉(zhuǎn)動的過程中，轉(zhuǎn)動球不會發(fā)生晃動，對葉片具有穩(wěn)定的控制作用；因此，這樣就保證了每個葉片打開和閉合狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的過程中都能夠保持穩(wěn)定。

本發(fā)明中尾翼的設置使得轉(zhuǎn)動球與上轉(zhuǎn)軸之間連接更加方便，另外，轉(zhuǎn)軸通過軸承固定在安裝孔中，由于每個葉片在發(fā)電過程中處于持續(xù)轉(zhuǎn)動的狀態(tài)，因此，軸承的設置保證葉片能夠良好的轉(zhuǎn)動，還避免了上轉(zhuǎn)軸發(fā)生磨損的情況。

進一步地，所述安裝槽結構包括設置在下固定塊上的軸承安裝槽和弧形限位槽，所述弧形限位槽的內(nèi)沿與軸承安裝槽的外側(cè)壁重合，且所述弧形限位槽的底面高于軸承安裝槽底面；以下固定塊的橫軸線為角度基準線，所述弧形限位槽為從順時針2°到162°的弧形凹槽。

進一步地，所述下轉(zhuǎn)軸的側(cè)壁上設置有限位柱和限位塊，所述限位塊位于限位柱的上方，所述下轉(zhuǎn)軸通過限位柱與安裝在軸承安裝槽內(nèi)的軸承固定配合，所述限位塊位于弧形限位槽內(nèi)。

這樣設置安裝槽結構，使得方便在軸承安裝槽中安裝軸承，結構設計合理，也方便在軸承中安裝葉片；另外，將弧形凹槽角度的設置在2°到162°；下轉(zhuǎn)軸上的限位塊位于弧形限位槽內(nèi)可將葉片的開度控制在2度到162度的范圍內(nèi)以避免葉片之間的相互貼合和碰撞從而實現(xiàn)裝置對洋流360度方向能量的收集。

本發(fā)明中設置限位柱是對葉片的位置進行限位，避免葉片的位置出現(xiàn)下移的情況。

進一步地，所述葉片為橫截面大致呈魚形結構的魚形葉片。

本發(fā)明中魚形葉片是仿照鯉魚類魚在向前游某一靜止時刻的俯視外廓設計出了葉片左右兩側(cè)的弧形邊；此葉片可以當葉輪逆著水流的方向轉(zhuǎn)動時，魚形葉片形成了無撞擊過水口，可以大幅度的削減水流與葉片之間的撞擊和摩擦，減小葉輪動能的損耗，提高發(fā)電效率。

進一步地，所述上轉(zhuǎn)軸和下轉(zhuǎn)軸分別固定在魚形葉片距厚度較厚的一端占整個葉片總寬度1/4~1/6處的頂面和底面上。

這樣設置就實現(xiàn)了葉片通過上轉(zhuǎn)軸和下轉(zhuǎn)軸固定在傾重力轉(zhuǎn)子和安裝槽結構之間，并且這樣安裝葉片，使得葉片自身具有慣性，因此，葉片在閉合和打開的過程中受到自身慣性的影響，減少了葉輪動能的損耗，提高了發(fā)電效率。

進一步地，所述相鄰兩葉片之間的重疊部分占葉片總寬度的1/6~1/10。

這樣能夠使葉片閉合得更加緊密，使得本發(fā)明對洋流的能量利用率更高。

進一步地，所述葉框還包括外側(cè)邊框，所述外側(cè)邊框為一個弧度為100°且朝逆時針方向彎曲的的豎直弧形板，所述豎直弧形板的頂面與上固定板固定，豎直弧形板的底面與下固定板固定；所述豎直弧形板與最外端葉片部分重疊，當葉片全部閉合時，外側(cè)邊框與最外端的葉片重疊長度為葉片總寬度的1/5~1/7范圍。

本發(fā)明中設外側(cè)邊框的作用是可以匯集葉框邊緣的洋流，增大對洋流能量的利用。

一種洋流發(fā)電裝置的發(fā)電方法，包括權利要求1-9中的任意一項所述的洋流發(fā)電裝置，所述發(fā)電裝置通過底座固定在海底或者通過浮筒懸浮在海中或者通過船浸沒在海面下；

當洋流發(fā)電裝置處于靜置的自然狀態(tài)下時，復位機構控制若干葉片呈全部閉合的狀態(tài)；

在洋流的流動作用下，當葉輪結構順著水流的方向轉(zhuǎn)動時，水流沖擊完全閉合的葉片，推動葉輪轉(zhuǎn)動，葉輪通過帶動發(fā)電機發(fā)電；

當葉輪逆著洋流的方向轉(zhuǎn)動時，葉片在洋流的推動下全部打開，同時相鄰兩塊葉片之間形成與水流流動方向平行的過水口以便水流無撞擊通過，葉輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動帶動發(fā)電機持續(xù)發(fā)電。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點：

（1）本技術方案中采用垂直軸發(fā)電系統(tǒng)設計，本發(fā)明中葉輪結構與底座垂直，使得葉輪結構可以實現(xiàn)對洋流能量的萬向捕獲，大大提高了本裝置的發(fā)電效率；另外與傳統(tǒng)水平軸發(fā)電機相比，不需要設置偏航軸，因而結構更加簡單，檢修和故障排除更加簡單靈活，噪音更小，對海洋生物的影響更小。

（2）本發(fā)明通過將葉輪結構設置為在葉框中安裝若干可轉(zhuǎn)動的葉片以形成大致呈百葉窗形狀的葉輪結構，本發(fā)明打破了現(xiàn)有葉輪均采用整體設計的思路；使得當葉輪結構順著水流的方向轉(zhuǎn)動時，葉片全部閉合，水流推動葉輪轉(zhuǎn)動，葉輪結構受到的推力最大，當葉輪結構逆著水流方向轉(zhuǎn)動時，葉片在水流推動下全部打開，相鄰葉片之間形成了過水口，一方面大幅度減小了葉輪結構受到的撞擊和碰撞，減小了葉輪結構的動能損失，從而進一步提高了洋流發(fā)電裝置的發(fā)電效率，通過實驗和計算，本發(fā)明比現(xiàn)有的洋流發(fā)電機的發(fā)電效率提高了45%以上；另一方面本發(fā)明不受制于洋流方向的改變，可以接收來自水平360度方向上的洋流能量，適用海域更廣，使得可以大幅度的提高洋流能量的利用率；通過實驗和計算，本發(fā)明比現(xiàn)有的洋流發(fā)電機的年發(fā)電量提高了57%以上。

（3）本發(fā)明中葉片為橫截面大致呈魚形結構的魚形葉片，當葉輪逆著水流的方向轉(zhuǎn)動時，魚形葉片形成了無撞擊過水口，可以大幅度的削減水流與葉片之間的撞擊和摩擦，減小葉輪動能的損耗，進一步提高發(fā)電效率。

（4）本發(fā)明中設計了獨特的復位機構實現(xiàn)了葉輪結構靜置自然狀態(tài)下，葉片自動全部閉合，這樣就保證了當本發(fā)明在初期啟動時受到洋流最大的推力，實現(xiàn)洋流發(fā)電機的自啟動功能，保證在洋流的推力能夠帶動處于靜置狀態(tài)下的整個葉輪機開始轉(zhuǎn)動，再通過葉輪機帶動發(fā)電機實現(xiàn)發(fā)電，提高了洋流發(fā)電效率。

（5）本發(fā)明通過將葉輪結構設置為在葉框中可轉(zhuǎn)動地安裝若干葉片以形成大致呈百葉窗形狀的葉輪結構，使得本發(fā)明結構設計巧妙，簡單，直接可以在現(xiàn)場組裝。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中洋流發(fā)電裝置的結構示意圖。

圖2為圖1中a處的放大結構示意圖。

圖3為圖1中b處的放大結構示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

參照附圖1，本發(fā)明包括底座1，底座1大致呈十字架型結構，方便在不同的海域中安裝洋流發(fā)電裝置，另外也使得洋流發(fā)電裝置在洋流的推動下穩(wěn)定性更好；底座的中間位置垂直設置有中心軸3，底座上設置有外殼2，所述外殼2中設置有發(fā)電機（圖中未示出）和變速箱（圖中未示出），發(fā)電機和變速箱密封在外殼2內(nèi)；中心軸3的下端通過變速箱與發(fā)電機連接；還包括葉輪結構，葉輪結構包括葉框和若干葉片4，葉框包括長條形的上固定塊5和下固定塊6；上固定塊5和下固定塊6的一端分別垂直固定在中心軸3的頂端的側(cè)壁上，且上固定塊5和下固定塊6位于同一平面內(nèi)，上固定塊5和下固定塊6的另一端向外延伸；上固定塊5上等間距設置有若干安裝孔，安裝孔為將上固定塊頂面和底面貫穿的通孔；上固定塊5的頂面上設置有若干個使得輪葉結構在靜置的自然狀態(tài)下若干葉片呈相互搭接完全關閉狀態(tài)的復位機構，且每個復位結構位于兩個安裝孔之間或者安裝孔與上固定塊端頭之間；下固定塊6的頂面上設置有若干個限制葉片單向轉(zhuǎn)動的安裝槽結構，若干個安裝槽結構與若干安裝孔一一對應；葉片4的頂端和底端分別固定有上轉(zhuǎn)軸和下轉(zhuǎn)軸，上轉(zhuǎn)軸13穿過安裝孔并與復位機構連接，下轉(zhuǎn)軸17安裝在安裝槽結構中，以實現(xiàn)若干葉片垂直安裝在葉框中大致形成豎直百葉窗結構。

參照附圖2，上固定塊5的橫截面呈u型結構，上固定塊5的頂面上設置有用于將上固定塊開口進行密封的密封塊，上安裝塊上根據(jù)葉片4的寬度等間距設置若干個安裝孔，傾重力轉(zhuǎn)子安裝在安裝塊的頂面上，將葉片4與傾重力轉(zhuǎn)子連接固定好之后，再通過將密封塊與上安裝塊進行連接固定，實現(xiàn)將上安裝塊密封，實現(xiàn)了復位機構與洋流隔絕，使得復位機構的使用壽命更長，不易磨損。

下固定塊6為橫基面大致呈半圓形或者弧形結構，這樣使得在下固定塊6上設置安裝槽結構更加容易，也方便將葉片4安裝在下固定塊6上。

復位機構包括固定桿8、錨桿9和連桿10，固定桿8和錨桿9固定在上固定塊5的頂面上，且固定桿8的頂面高于錨桿9的頂面；連桿10的兩端分別可轉(zhuǎn)動的固定在固定桿8和錨桿9的頂面上，連桿10的側(cè)壁上固定有支柱11，支柱11的另一端上連接有轉(zhuǎn)動球12。葉片4的頂面上固定有上轉(zhuǎn)軸13，上轉(zhuǎn)軸13穿過安裝孔且通過軸承21固定在安裝孔中，上轉(zhuǎn)軸13頂端處的側(cè)壁上固定有尾翼14，尾翼14通過纜繩7與轉(zhuǎn)動球12連接。

葉片4的上轉(zhuǎn)軸13通過尾翼14和纜繩與轉(zhuǎn)動球12進行連接，在自然的狀態(tài)下，由于轉(zhuǎn)動球12受到重力的作用，轉(zhuǎn)動球12總是位于連桿10的正下方這樣通過纜繩將拉伸拉近，使得全部葉片4都處于完全關閉的狀態(tài)；固定桿8的頂面高于錨桿9的頂面，這樣使得連桿10成傾斜的狀態(tài)，轉(zhuǎn)動球12位于連桿10中點與連桿10固定在固定桿8的一端之間，這樣可以使得轉(zhuǎn)動球12的轉(zhuǎn)動空間更大，使得可以與葉片4的轉(zhuǎn)動開度相配合。

參照附圖3，安裝槽結構包括設置在下固定塊6上的軸承安裝槽15和弧形限位槽16，弧形限位槽16的內(nèi)沿與軸承安裝槽15的外側(cè)壁重合，且弧形限位槽16的底面高于軸承安裝槽15底面；以下固定塊6的橫軸線為角度基準線，弧形限位槽16為從順時針2°到162°的弧形凹槽。

下轉(zhuǎn)軸17的側(cè)壁上設置有限位柱18和限位塊19，限位塊19位于限位柱18的上方，下轉(zhuǎn)軸17通過限位柱18與安裝在軸承安裝槽15內(nèi)的軸承固定配合，限位塊19位于弧形限位槽16內(nèi)。

限位柱18至少包括兩個，最好設置三個或者四個，限位柱18均勻固定在下轉(zhuǎn)軸17的側(cè)壁上，且所有限位柱18都位于同一水平面，這樣使得葉片4通過軸承安裝在軸承安裝槽15中不會出現(xiàn)下移的情況。

葉片4為橫截面大致呈魚形結構的魚形葉片4。本發(fā)明中魚形葉片4是仿照鯉魚類魚在向前游某一靜止時刻的俯視外廓設計出了葉片4左右兩側(cè)的弧形邊；此葉片4可以當葉輪逆著水流的方向轉(zhuǎn)動時，魚形葉片4形成了無撞擊過水口，可以大幅度的削減水流與葉片4之間的撞擊和摩擦，減小葉輪動能的損耗，提高發(fā)電效率。

上轉(zhuǎn)軸13和下轉(zhuǎn)軸17分別固定在魚形葉片4距厚度較厚的一端占整個葉片4總寬度1/4~1/6處的頂面和底面上。相鄰兩葉片4之間的重疊部分占葉片4總寬度的1/6~1/10。這樣能夠使若干葉片4閉合得更加緊密，使得本發(fā)明對洋流的能量利用率更高。

葉框還包括外側(cè)邊框20，外側(cè)邊框20為一個弧度為100°且朝逆時針方向彎曲的豎直弧形板，豎直弧形板的頂面與上固定板固定，豎直弧形板的底面與下固定板固定；豎直弧形板與最外端葉片4部分重疊；當葉片4全部閉合時，外側(cè)邊框20與最外端的葉片4重疊長度為葉片4總寬度的1/5~1/7范圍。

本發(fā)明中設外側(cè)邊框20的作用是可以匯集葉框邊緣的洋流，增大對洋流能量的利用。

一種洋流發(fā)電裝置的發(fā)電方法，包括權利要求1-9中的任意一項所述的洋流發(fā)電裝置，所述發(fā)電裝置通過底座1固定在海底或者通過浮筒懸浮在海中或者通過船浸沒在海面下；

當洋流發(fā)電裝置處于靜置的自然狀態(tài)下時，復位機構控制若干葉片4呈全部閉合的狀態(tài)；

在洋流的流動作用下，當葉輪結構順著洋流的方向轉(zhuǎn)動時，洋流沖擊完全閉合的葉片4，推動葉輪轉(zhuǎn)動，葉輪通過帶動發(fā)電機發(fā)電；

當葉輪逆著洋流的方向轉(zhuǎn)動時，葉片4在洋流的推動下全部打開，同時相鄰兩塊葉片4之間形成與洋流流動方向平行的過水口以便洋流無撞擊通過，葉輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動帶動發(fā)電機持續(xù)發(fā)電。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。