[发明专利]内部惯性体式波浪能供电海洋监测浮标

说明书

本发明公开了一种内部惯性体式波浪能供电海洋监测浮标，包括浮体，浮体包括浮体壳体、惯性体式波浪能发电装置、弹性水囊模块，惯性体式波浪能发电装置包括惯性体式波浪能捕获模块；浮体壳体包括内侧浮体壳体和外侧浮体壳体；内侧浮体壳体的顶部设置外侧浮体壳体，底部则设置锚链系泊系统；惯性体式波浪能捕获模块沿着内侧浮体壳体的轴线设置于内侧浮体壳体的内腔；弹性水囊模块同轴设置于外侧浮体壳体内，并能够随着波浪周期的变化，通过给排水系统从浮体外部吸入海水或者向浮体外部排出海水，改变浮体的质量和固有周期，以与当前波浪周期共振。因此，本发明能够拓宽浮标实现高效率波浪能捕获的波浪频带宽度，以适应海上持续变化的波况。

技术领域

本发明属于海洋浮标技术领域，涉及一种波浪能供电的海洋监测浮标。

背景技术

21世纪是海洋开发的世纪，进行海洋水文、气象和水声等海洋环境要素的监测对于发展海洋经济、维护海洋权益具有重要意义，而该类数据的获得主要依赖海洋监测浮标。海洋监测浮标上功能器件的正常工作需要电能供给，而目前主要的电能供给方法为蓄电池和太阳能。利用蓄电池供电的浮标受限于电池容量，通常只作一次性使用。而对于利用太阳能供电的浮标，由于太阳能板发电功率较低，浮标上功能器件只能低功耗工作。随着海洋经济的逐步发展，海洋监测浮标的要求逐步提高：首先是多任务，即一个浮标要集成多个测量海洋环境要素的传感器；其次是高时间分辨率，即高频次地测量相关要素；最后是高实时性，即及时将测量得到的数据通过卫星等手段发回控制中心。海洋监测浮标多任务、高时间分辨率和高实时性的趋势提出了浮标高功率电能供给的需求。

波浪能具有能量密度高的特点，如果海洋监测浮标就地取能，将波浪能转换为电能为其功能器件供电，将可以有效解决浮标高功率电能供给的需求。通常，将波浪能转换为电能的过程中，首先需要将波浪能量转变为某种相对运动的动能，若该相对运动为相对于外部参考物（例如水下阻尼盘），则必然存在动力部件暴露于海水或盐雾中而易受腐蚀的问题；若该相对运动为相对于内部惯性体，则可以避免上述问题。目前，内部惯性体式波浪能供电浮标中将相对运动的动能转换为电能的过程普遍采用直线发电机，如申请号为201610496263.5的发明专利中公开的一种晃动式波浪能供电浮标和申请号为201620027191.5的发明专利中公开的一种惯性振子波浪能供电浮标。由于直线发电机长期工作在不稳定的线速度下，相对运动的动能转换为电能的效率较低。对于波浪能供电的浮标，需要设计浮标的质量使其固有周期接近入射波浪的周期而发生共振，以最大程度地捕获波浪能。然而，实际海面上的波浪周期是持续变化的，当波浪周期偏离浮标的固有周期时，浮标捕获波浪能的能力将下降。特别是对于内部惯性体式波浪能捕获方案，由于惯性体质量的限制，浮标实现高效率波浪能捕获的波浪频带宽度较窄，即：当波浪周期较小程度地偏离浮标固有周期时，浮标的波浪能捕获能力显著下降。因此，具有固定质量的内部惯性体式波浪能供电浮标无法适应海上持续变化的波况。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺点，提出一种质量可调节的内部惯性体式波浪能供电海洋监测浮标。在浮标内部设置弹性水囊模块，通过改变其蓄水量来改变浮标的质量及固有周期，进而拓宽浮标实现高效率波浪能捕获的波浪频带宽度。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种内部惯性体式波浪能供电海洋监测浮标，包括浮体，所述浮体包括浮体壳体以及惯性体式波浪能发电装置，惯性体式波浪能发电装置包括能够通过惯性体捕获波浪能的惯性体式波浪能捕获模块，所述浮体还包括弹性水囊模块，其中：

所述的浮体壳体，外轮廓为轴对称形状，包括同轴设置的内侧浮体壳体和外侧浮体壳体；内侧浮体壳体的顶部设置所述的外侧浮体壳体，而内侧浮体壳体的底部则设置锚链系泊系统；

所述的惯性体式波浪能捕获模块，沿着内侧浮体壳体的轴线设置于所述的内侧浮体壳体的内腔；

所述的弹性水囊模块，同轴设置于所述的外侧浮体壳体内，并能够随着波浪周期的变化，通过给排水系统从浮体外部吸入海水或者向浮体外部排出海水，改变浮体的质量和固有周期，以与当前波浪周期共振。