液态金属流体波浪能发电装置

技术领域

本发明属于海洋波浪能利用技术领域，具体涉及液态金属流体波浪能发电装置。

背景技术

随着经济和社会的不断发展，能源需求量越来越大。但是由于传统的主要能源如煤炭和石油不具备可再生性，而这就将导致接连出现了不同程度的能源危机。

地球表面占据了最大面积的区域就是海洋，海洋中蕴含了大量的能量，其中比如潮汐能，海流能，波浪能等等。

波浪能作为可持续、可再生和可重复利用的清洁能源，是近年来各个国家海洋能研究的重点之一。二十世纪七十年代来的世界石油危机至今，各国都不停投入大量资金和大量的人力物力去开展波浪能的利用开发。据联合国教科文组织出版物的估计，全世界海洋能理论可再生的总功率为766亿kw,技术上允许利用的功率为64亿kw，这个数字是为目前全世界发电装机总容量的2倍，因此，开发利用海洋能是一项极为有意义的科技产业。

波浪能是海水在波动时所产生的动能和势能，包括由风产生的表面波，由月亮和太阳引力产生的潮波，还有表面看不见的下降急剧的密度梯度层造成的内波，以及风暴潮造成的长波。

现有技术对波浪能的利用方式主要是发电。其关键是收集波浪能并转换成机械能，再带动发电机运转发电。用发电机发电确是传统的发电模式，但其体积大和结构复杂的不足也是客观存在的。

发明内容

本发明的目的是，克服现有技术波浪能发电存在体积大结构复杂诸多不足，提供一种应用海浪能转化并推动液态金属流体流经强磁场以发电的简单有效、体积小、成本低廉的海浪能发电装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种液态金属流体波浪能发电装置，其特征是，有一个液态金属压力缸并配有活塞，活塞上面通过活塞杆连接一个将海水的波浪能转化为活塞往复运动机械能的机构；液态金属所述压力缸的上腔连接流通液态金属的管道，该管道穿过强永磁体构成的磁力通道，管道与磁力通道对应的两侧部位设置有与液态金属相接触的电极，管道的另一端与压力缸的下腔连接；活塞上面设置有螺旋弹簧构成的复位装置；压力缸的顶部设置用于使活塞隔绝侧向作用力的隔离档，所述隔离档利用压力缸上腔顶部的加长段及其中至少有一处增设的带密封的轴承构成。

本装置通过浮球收集海洋波浪的机械能，转化并带动活塞杆往复运动，液态金属在活塞带动下在通道内流动，流经磁力通道并切割磁感线产生感应电动势，通过电极传输电能。

优选方案，所述将海水的波浪能转化为活塞往复运动机械能的机构为与活塞杆的顶端延长段连接的浮球构成。

优选方案，所述将海水的波浪能转化为活塞往复运动机械能的机构为活塞杆顶端铰接连杆再与浮球连接构成。

优选方案，所述将海水的波浪能转化为活塞往复运动机械能的机构为活塞杆顶端通过万向节与浮球连接构成。

优选方案，磁力通道由对称设置的平板型永磁极构成。

优选方案，磁力通道由圆环形海尔贝克永磁阵列构成。

优选方案，构成永磁阵列的磁铁单元采用统一的立方体形状结构，共12块立方体永磁铁每相邻的磁铁之间的角度都为60度。

优选方案，磁力通道为多层圆环形海尔贝克永磁阵列叠加构成。

本发明的有益效果是：

1、将海水波浪能通过转化机构变成活塞往复运动推动液态金属流经磁力通道以发电，并设有电极以导出电流；

2、磁力通道由圆环形海尔贝克永磁阵列叠加构成，磁力强大并呈规则形，效果好；

3、利用浮球采集海水波浪能量，结构简单，直接吸能；

4、利用连杆或万向节连接浮球，一是可以将部分波浪横向冲击力转化为竖向推动力，成为活塞杆和活塞向上的作用力，提高了波浪能的吸收利用效率，可以考虑优化浮子结构，使波浪对浮子的作用以竖向推动力为主，增加浮子波浪能捕获效率；

5、设置隔离档，压力缸的上腔顶部设加长段，利用具有适当距离的两处轴承，基本承担并消除横向冲击力对活塞的侧向作用力及力矩。

附图说明

图1是本发明一种实施例的原理示意图；

图2是本发明一种实施例的结构示意图；

图3是单层圆环形海尔贝克永磁阵列立体示意图；

图4是圆环形海尔贝克永磁阵列的平面示意图；

图5是圆环形海尔贝克永磁阵列磁感线分布示意图；

图6是管道与磁力通道对应的两侧部位设置的电极示意图；

图7是隔离档结构局部示意图；

图8是平板型永磁极构成示意图；

图9是利用连杆连接浮球的实施例结构示意图；

图10是利用万向节连接浮球的实施例结构示意图。

图中：压力缸1；活塞2；活塞杆3；浮球4；管道5；磁力通道6；圆环形海尔贝克永磁阵列7；永磁铁8；铝材圆板9；电极10；螺旋弹簧11；隔离档12；轴承13；平板型永磁极14；连杆15；万向节16。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：一种液态金属流体波浪能发电装置，其原理如图1所示，包括有一个液态金属压力缸1，其中配有活塞2，活塞2上面通过活塞杆3连接一个将海水的波浪能转化为活塞往复运动机械能的机构，该机构由与活塞杆3的顶端延长段连接的浮球4构成，如图2所示。所述压力缸1的上腔连接流通液态金属的管道5，管道5穿过强永磁体构成的磁力通道6，磁力通道6由多层圆环形海尔贝克永磁阵列7叠加构成，圆环形海尔贝克永磁阵列7叠加起来，使其不止在平面内拥有磁场，而是在立体的空间内产生一个稳定的单向磁场，使装置可以稳定地、有效地运行。图3是单层圆环形海尔贝克永磁阵列7的立体示意图；图4是圆环形海尔贝克永磁阵列7的平面示意图；

图5是圆环形海尔贝克永磁阵列7磁感线分布示意图。圆环形海尔贝克永磁阵列7具有圆柱形的空间，永磁铁8单元采用统一的立方体形状结构，材料为第三代稀土永磁材料的钕铁硼合金，12块立方体永磁铁8排列固定在铝材圆板9上，每相邻的磁铁之间的角度都为60度，且角度朝向为互相交错设置，这样可以使得永磁铁8环中相邻的磁感线角度为60度。12块永磁铁8恰好形成360度完整一圈，得到总的磁感线变化角度为720度，正好可以使得保证这个圆形空间内的磁场方向为一个直线方向。图4、图5中的箭头示意了磁场的方向。

管道5与磁力通道6对应的两侧部位设置有与液态金属相接触的电极10，电极10用导电且导磁材料制作，参见图6。

压力缸1上腔有螺旋弹簧11构成的复位装置；压力缸1的顶部设置有用于使活塞2隔绝侧向作用力的隔离档12，隔离档12利用压力缸1上腔顶部的加长段及带密封的轴承13以构成，如果增设两处轴承13，对活塞2消减横向力的效果会更好，因活塞杆不断进行往复运动，密封轴承防水性能有待考虑，若海水渗入活塞上部，将阻碍弹簧的恢复力，并与金属流体混合，降低发电效率。参见图7。

本装置通过浮球4收集波浪的机械能，转化并带动活塞杆3往复运动。液态金属在活塞2的带动下在唯一通道内流动，流经液态金属发电磁力通道6的时候穿过磁阵列的磁场时，切割磁感线并在电极10上产生感应电动势，将电极10与外界负载连接，即可传输并储存电能。当海浪波由波峰转向波谷时，浮球4仅依靠自重难以回落，借助复位螺旋弹簧11促使活塞2回位，使得此装置连续正常运行。

实施例2：磁力通道6由对称设置的平板型永磁极14构成，其余结构同实施例1，参见图8。

实施例3：所述将海水的波浪能转化为活塞2往复运动机械能的机构为活塞杆3顶端铰接连杆15再与浮球4连接构成。利用连杆15连接浮球4的意义是，由于浮球4、连杆15、活塞杆3和活塞2为连接成一体的结构，相对于整体结构是为一子系统，该子系统遵循能量、动量和角动量守恒定律，当浮球4及连杆15受到冲击力发生向下折转时，对于所述子系统必有一个反方向的折转力矩，此反方向的折转力矩即可将波浪能的一部分横向力转化为活塞杆3向上的作用力，从而提高了波浪能的吸收利用效率；在此同时，也使浮球4受到的横向力综合作用点与液压缸1的相对高度减低，从而减小对活塞2的侧向作用力矩，有利于活塞2运行正常和减少磨损。其余结构同实施例1或实施例2，参见图9。

实施例4：所述将海水的波浪能转化为活塞2往复运动机械能的机构为活塞杆3顶端通过万向节16与浮球4连接构成，采用万向节16更有利于适应和消解任意方向的海波浪对活塞2产生的非正向作用力。其余结构同实施例1、2或3；参见图10。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。