專利名稱：潛入式液態(tài)金屬磁流體波浪能直接發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液態(tài)金屬磁流體波浪能直接發(fā)電裝置，特別是浸沒在海面以下一
定深度的直驅(qū)式液態(tài)金屬磁流體波浪能發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
波浪能是以大作用力(數(shù)噸 數(shù)十噸的力)，低速(0. 5-2m/s)的形式存在的一種 能量，是海洋能中品位最高、所占比重最大的能源。隨著世界礦物能源的逐漸減少以及環(huán)境 污染的日益加重，波浪能無疑是首選的清潔可再生能源之一，而波浪能發(fā)電又位于海洋可 再生能源開發(fā)利用的首位。 傳統(tǒng)波浪能發(fā)電采用高速、低轉(zhuǎn)矩的旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)，要將其與低速、大作用力的波 浪運(yùn)動(dòng)相耦合，必須采用一系列能量轉(zhuǎn)換和變速的機(jī)械裝置，如空氣葉輪、低水頭水輪機(jī)、 液壓系統(tǒng)、變速齒輪等。因而，傳統(tǒng)波浪能發(fā)電系統(tǒng)由波浪采集裝置、中間轉(zhuǎn)換裝置和旋 轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)組成，采用間接發(fā)電方式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)昂貴、轉(zhuǎn)換效率低、運(yùn)行維護(hù)復(fù) 雜。為了提高能量轉(zhuǎn)換效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性，人們進(jìn)行了大量的研究和探索。中國發(fā)明專利 200610124330. 7公開了一種浮體下掛液壓缸式波浪能發(fā)電裝置，浮體采集的波浪能通過彈 簧回復(fù)液壓缸、液壓蓄能器和液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，再通過旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換 成電能。中國發(fā)明專利200710176513. 8公開了一種潛浮式海洋波浪能發(fā)電裝置，波浪擺吸 收的波浪能通過傳動(dòng)桿、液壓變速系統(tǒng)使水輪機(jī)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)發(fā)電。中國發(fā) 明專利200810061810. 2公開了一種非接觸式能量傳遞系統(tǒng)的直接驅(qū)動(dòng)型波浪能量轉(zhuǎn)換裝 置，通過圓環(huán)柱體形永磁體和環(huán)形護(hù)鐵組成的非接觸式能量傳遞系統(tǒng)將波浪能產(chǎn)生的直線 運(yùn)動(dòng)直接高效地轉(zhuǎn)換成簡單快速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)永磁同步旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)工作?？梢姡壳暗?研究工作在一定程度上提高了中間轉(zhuǎn)換裝置的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)換效率，然而，不能從根本上解 決波浪能運(yùn)動(dòng)特性和旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)阻力特性的匹配問題，仍存在中間轉(zhuǎn)換裝置，甚至由于液 壓蓄能系統(tǒng)或非接觸式能量傳遞系統(tǒng)而更加復(fù)雜。所以，這些波浪能發(fā)電裝置不能簡化波 浪能到電能的轉(zhuǎn)換過程，波浪能發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性得不到實(shí)質(zhì)性的提高。
因而，出現(xiàn)了與波浪運(yùn)動(dòng)特性相耦合的直驅(qū)式發(fā)電機(jī)和新型波浪能發(fā)電方式，如 永磁直線發(fā)電機(jī)和磁流體發(fā)電方式。 荷蘭研制的阿基米德波浪擺(AWS)是世界上第一臺波浪能直接轉(zhuǎn)換的發(fā)電裝置 (HenkPolinder， Michiel E.C. Damen， Fred Gardner, Linear PM Generator System for WaveEnergy Conversion in the AWS，IEEE Transaction on Energy Conversion,vol. 19， no. 3，S印.2004)。它主要由浮筒、浮子和永磁同步直線發(fā)電機(jī)組成。浮筒是一個(gè)充滿空氣的 鋼壁圓筒，頂部的蓋子稱為浮子；當(dāng)波浪來時(shí)，浮筒中的空氣由于水壓的作用，體積減小，浮 子向下運(yùn)動(dòng)；當(dāng)波峰過去后，浮筒中的空氣由于空氣壓力的膨脹體積增加，浮子往上運(yùn)動(dòng)。 永磁同步直線發(fā)電機(jī)的動(dòng)子與浮子相連，這樣浮子的往復(fù)運(yùn)動(dòng)就可以通過直線發(fā)電機(jī)直接 轉(zhuǎn)換成電能輸出。AWS的試驗(yàn)裝置于2004年5月在葡萄牙海岸進(jìn)行發(fā)電試驗(yàn)，于同年10月 首次并網(wǎng)發(fā)電成功。但在運(yùn)行過程中，AWS裝置的發(fā)電機(jī)表現(xiàn)出明顯的不足發(fā)電機(jī)太大，2/5頁
造價(jià)太高；動(dòng)子和定子之間的吸力大，給軸承的支撐系統(tǒng)帶來很大的問題；同時(shí)，還存在發(fā) 電機(jī)的損失和冷卻等問題。中國發(fā)明專利87106457A公開了一種往復(fù)直線式波力發(fā)電機(jī)， 扁平型永磁直線發(fā)電機(jī)裝在浮標(biāo)內(nèi)，隨浮體受波浪的作用而周期性搖擺，磁鐵滑塊相對內(nèi) 嵌線圈的平板做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，線圈切割運(yùn)動(dòng)磁場，感應(yīng)發(fā)電。受浮體搖擺運(yùn)動(dòng)的限制，該 波力發(fā)電機(jī)輸出功率有限，只能用在浮標(biāo)等小功率電器設(shè)備。中國專利200410009793. X公 開了一種基于永磁振子的波浪發(fā)電裝置，裝置的中心有一重錘，通過鋼絲繩連接多個(gè)永磁 直線發(fā)電機(jī)的永磁振子，隨著波浪的起伏，重錘拉動(dòng)永磁振子做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過電磁感應(yīng)使 安放在發(fā)電機(jī)定子上的繞組輸出電能，該裝置簡化了波浪能到電能的轉(zhuǎn)換過程，結(jié)構(gòu)簡單、 使用靈活。然而，該裝置漂浮在海面，抗風(fēng)浪性差，遇強(qiáng)風(fēng)暴時(shí)，要提前用船拖到避風(fēng)港，限 制了其使用的靈活性。 1979年，美國專利4151423公開了一種利用磁流體(MHD)發(fā)電機(jī)將波浪能直接轉(zhuǎn) 換成電能的發(fā)電裝置。該裝置由一個(gè)水平放置的MHD通道和磁體組成，海水在波浪泵的作 用下，水平流過MHD通道，切割磁力線，產(chǎn)生電流。 1991年，美國專利5136173公開了一種磁流體波浪能直接發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括 一個(gè)垂直懸吊在深水中的MHD發(fā)電機(jī)，其上端與一個(gè)浮在海面的浮子相聯(lián)。MHD發(fā)電機(jī)中的 MHD通道隨著浮子的上下波動(dòng)、相對深處穩(wěn)定的海水作上下運(yùn)動(dòng)。在MHD通道的水平方向布 置有由電磁體或是其他方法(如超導(dǎo)等)產(chǎn)生的一個(gè)強(qiáng)磁場，且在通道內(nèi)部放置一對電極。 在與磁場的相互作用下，流動(dòng)的海水產(chǎn)生感生電動(dòng)勢；通過電纜連接負(fù)載，輸出電能；通過 功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，可為用戶提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)。該系統(tǒng)采用電導(dǎo)率低的海水作為工作流體， 效率低，難以實(shí)用。2005年，美國專利0146140A1公開了一種液態(tài)金屬磁流體(L匪HD)波浪 能直接發(fā)電單元裝置，采用高電導(dǎo)率(約為海水106倍)的液態(tài)金屬作為MHD通道中的工 作流體，進(jìn)而提高了裝置的效率和實(shí)用性。該裝置主要利用波浪的垂直運(yùn)動(dòng)，采用垂直海平 面的布置方式，點(diǎn)吸收式捕浪裝置-浮子漂浮在海平面，抗風(fēng)浪性差。此外，浮子的向上運(yùn) 動(dòng)通過波峰實(shí)現(xiàn)，而波谷時(shí)，由于浮子和波浪之間的相位差，浮子的向下回復(fù)需要外加重物 實(shí)現(xiàn)，因而，降低了系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率。 中國專利200610144400. 5公開了一種單管雙通道液態(tài)金屬磁流體波浪能直接發(fā) 電單元裝置，由U型管道、磁體、磁流體電極、彈性容器和和剛性容器組成。該裝置采用雙發(fā) 電通道，消除了感生磁場的影響。然而，U型管道、磁體、彈性容器等直接放在海水中，存在 腐蝕和泄漏等問題，實(shí)用性差。中國專利200810116532. 6公開了一種搖擺式波浪能液態(tài)金 屬磁流體發(fā)電浮管，漂浮在海面上，液態(tài)金屬隨著波浪的起伏在發(fā)電通道中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，與磁 場相互作用，產(chǎn)生感生電動(dòng)勢。該發(fā)電浮管轉(zhuǎn)換效率高、功率密度大、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低 廉、移動(dòng)性好，但輸出特性隨波浪的變化而變化，具有很大的隨機(jī)性和不穩(wěn)定性，且漂浮在 海面上，抗風(fēng)浪性差。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種轉(zhuǎn)換效率高、抗風(fēng)浪性好、運(yùn)行穩(wěn)定的潛 入式液態(tài)金屬磁流體(L匪HD)波浪能直接發(fā)電裝置。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。 本發(fā)明的潛入式L匪HD波浪能直接發(fā)電裝置采用浸沒在海面以下的波浪能圓筒形點(diǎn)吸收裝置和直驅(qū)式液態(tài)金屬磁流體發(fā)電方式，直接將波浪勢能轉(zhuǎn)換為電能。本發(fā)明主 要由外筒，活塞桿，回復(fù)彈簧，內(nèi)筒，活塞，主液壓缸，剛性支架，基座以及n(n二 1，2，3…)個(gè) 液壓單元和n(n = 1，2，3…)個(gè)液態(tài)金屬磁流體(L匪HD)發(fā)電機(jī)組成。外筒和內(nèi)筒同軸且 在垂直方向套裝，外筒和內(nèi)筒組成浮筒，浮筒內(nèi)充滿壓縮空氣且完全浸沒在海面以下；內(nèi)筒 固定在剛性支架上，內(nèi)筒通過剛性支架與基座固聯(lián)，基座固定在海床上；整個(gè)裝置垂直布置 在海平面以下幾米至幾十米深的海水中。 浮筒為波浪能圓筒形點(diǎn)吸收裝置，外筒的內(nèi)徑略大于內(nèi)筒的外徑，內(nèi)、外筒之間設(shè) 置有軸向滑軌，內(nèi)、外筒為滑動(dòng)配合；外筒可沿垂直方向自由滑動(dòng)，并通過沿內(nèi)筒中心軸設(shè) 置的活塞桿與同軸置于主液壓缸內(nèi)的活塞聯(lián)結(jié)。活塞桿外套裝有回復(fù)彈簧，回復(fù)彈簧的上 端固定在外筒的內(nèi)壁，下端固定的主液壓缸的外壁；波峰時(shí)回復(fù)彈簧壓縮，波谷時(shí)回復(fù)彈簧 伸張，并與壓縮空氣共同作用，推動(dòng)外筒向上運(yùn)動(dòng)。 主液壓缸、n個(gè)液壓單元和n個(gè)L匪HD發(fā)電機(jī)放置在內(nèi)筒內(nèi)；n個(gè)液壓單元和n個(gè) L匪HD發(fā)電機(jī)在主液壓缸外的圓周方向均布，且一個(gè)液壓單元與一個(gè)L匪HD發(fā)電機(jī)固聯(lián)。主 液壓缸和n個(gè)液壓單元連通為液壓系統(tǒng)，主液壓缸和n個(gè)液壓單元所組成的連通空間充滿 液壓油。液壓單元由上液壓室，上連接管路、下液壓室和下連接管路組成。上、下液壓室在主 液壓缸外以主液壓缸為中心的圓周方向垂直布置，上、下連接管路亦在主液壓缸外以主液 壓缸為中心的圓周方向水平布置，上、下液壓室分別通過上、下連接管路與主液壓缸連通。
n個(gè)L匪HD發(fā)電機(jī)在主液壓缸外以主液壓缸為中心的圓周方向均勻地垂直分布， 每個(gè)L匪HD發(fā)電機(jī)與一個(gè)液壓單元相固聯(lián)。L匪HD發(fā)電機(jī)由上、下波紋管、磁流體(MHD)發(fā) 電通道、磁體、一對平板電極和液態(tài)金屬發(fā)電工質(zhì)組成。上、下波紋管分別同軸置于相應(yīng)液 壓單元的上、下液壓室內(nèi)，且與之固聯(lián)。上、下波紋管之間為MHD發(fā)電通道，且與MHD發(fā)電通 道組成一密閉空間，液態(tài)金屬發(fā)電工質(zhì)在該密閉空間做垂直方向的往復(fù)流動(dòng)。MHD發(fā)電通道 垂直穿過磁體的磁孔，一對平板形電極對貼在MHD發(fā)電通道內(nèi)與磁場方向平行的內(nèi)壁上。 MHD發(fā)電通道由不導(dǎo)磁不導(dǎo)電的材料制成，其橫截面為矩形或方形。磁體為兩極磁體，可采 用永磁體或其他形式的磁體，磁體產(chǎn)生垂直于流動(dòng)方向的磁場。 波峰時(shí)，作用在外筒上的壓力突然增大，外筒向下運(yùn)動(dòng)，通過與之固聯(lián)的活塞桿帶 動(dòng)主液壓缸中的活塞向下運(yùn)動(dòng)，將主液壓缸中的液壓油壓入n個(gè)液壓單元的下液壓室，下 液壓室中的液壓油逐漸增多，壓迫與之對應(yīng)的下波紋管收縮，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)液態(tài)金屬垂直向上 流動(dòng)到上波紋管，上波紋管伸長，迫使上液壓室中的液壓油通過上連接管路流入主液壓缸； 同時(shí)回復(fù)彈簧受到壓縮，浮筒中空氣體積減小，壓力逐漸增大。波谷時(shí)，作用在外筒上的壓 力突然減小，在浮筒中空氣壓力和回復(fù)彈簧的作用下，外筒向上運(yùn)動(dòng)，通過與之固聯(lián)的活塞 桿帶動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，將主液壓缸中的液壓油壓入n個(gè)液壓單元的上液壓室，上液壓室中 的液壓油逐漸增多，壓迫與之對應(yīng)的上波紋管收縮，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)液態(tài)金屬垂直向下流動(dòng)到下 波紋管，下波紋管伸長，迫使下液壓室中的液壓油通過下連接管路流入主液壓缸；同時(shí)浮筒 中空氣的體積增大，壓力逐漸減小，回復(fù)彈簧逐漸回復(fù)甚至有可能被拉伸。這樣，波浪的勢 能通過浮筒轉(zhuǎn)換成MHD發(fā)電通道中液態(tài)金屬發(fā)電工質(zhì)的動(dòng)能。流動(dòng)的液態(tài)金屬在與磁場的 相互作用下，產(chǎn)生感生電動(dòng)勢；再通過電極、電纜連接負(fù)載，輸出電能。n個(gè)L匪HD發(fā)電機(jī)串 聯(lián)連接，可以進(jìn)一步提高輸出電壓。 根據(jù)具體情況，本發(fā)明垂直浸入海面以下一定深度的海水中，抗風(fēng)浪性好；且主要利用波浪的勢能，系統(tǒng)輸出特性受波浪隨機(jī)性影響??；采用直驅(qū)式液態(tài)金屬磁流體發(fā)電機(jī)， 提高了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化效率和輸出功率密度；采用串聯(lián)方式連接n個(gè)MHD發(fā)電通道中的感生電 動(dòng)勢，提高了發(fā)電裝置的輸出電壓，降低了由大電流、低電壓到穩(wěn)定可用電能轉(zhuǎn)換的難度和 裝置的造價(jià)，進(jìn)一步提高了裝置的實(shí)用性。


圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例潛入式液態(tài)金屬磁流體(L匪HD)波浪能直接發(fā)電裝置示
意圖，圖中1為外筒；2為活塞桿；3為內(nèi)筒；4為活塞；5為主液壓缸；6-1為上連接管路，
6-2為下連接管路；7-l為上液壓室，7-2為下液壓室；8-l為上波紋管，8-2為下波紋管；9為
磁體；10為磁流體(MHD)發(fā)電通道；11為剛性支架；12為基座；13為回復(fù)彈簧。 圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例潛入式L匪HD波浪能直接發(fā)電裝置的一個(gè)液態(tài)金屬磁流
體發(fā)電機(jī)與相對應(yīng)的一個(gè)液壓單元的局部放大圖。 圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例潛入式L匪HD波浪能直接發(fā)電裝置工作原理，其中圖3a 為波峰，圖3b為波谷。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說明本發(fā)明。 圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例示意圖。如圖1所示，本發(fā)明具體實(shí)施例主要由外筒1， 活塞桿2，回復(fù)彈簧13，內(nèi)筒3，活塞4，主液壓缸5，剛性支架ll，基座12以及16個(gè)液壓單 元和16個(gè)L匪HD發(fā)電機(jī)組成。外筒1和內(nèi)筒3同軸且在垂直方向套裝，外筒1和內(nèi)筒3組 成浮筒，浮筒內(nèi)充滿壓縮空氣且完全浸沒在海面以下；內(nèi)筒3固定在剛性支架11上，內(nèi)筒3 通過剛性支架11與基座12固聯(lián)，基座12固定在海床上；整個(gè)裝置垂直布置在海面以下幾 米至幾十米深的海水中。 浮筒為波浪能圓筒形點(diǎn)吸收裝置，外筒l的內(nèi)徑略大于內(nèi)筒3的外徑，內(nèi)筒3和外 筒1之間設(shè)置有軸向滑軌，內(nèi)筒3和外筒1為滑動(dòng)配合；外筒1可沿垂直方向自由滑動(dòng)，并 通過沿內(nèi)筒3中心軸設(shè)置的活塞桿2與同軸置于主液壓缸5內(nèi)的活塞4聯(lián)結(jié)。活塞桿2外 套裝有回復(fù)彈簧13，回復(fù)彈簧13的上端固定在外筒1的內(nèi)壁，下端固定的主液壓缸5的外 壁；波峰時(shí)回復(fù)彈簧13收縮，波谷時(shí)回復(fù)彈簧13伸張，并與壓縮空氣共同作用，推動(dòng)外筒1 向上運(yùn)動(dòng)。 主液壓缸5、 16個(gè)液壓單元和16個(gè)L匪HD發(fā)電機(jī)放置在內(nèi)筒3內(nèi)；16個(gè)液壓單元 和16個(gè)L匪HD發(fā)電機(jī)在主液壓缸5外的圓周方向均布，且一個(gè)液壓單元與一個(gè)L匪HD發(fā)電 機(jī)固聯(lián)。主液壓缸5和16個(gè)液壓單元連通為液壓系統(tǒng)，主液壓缸5和16個(gè)液壓單元所組 成的連通空間充滿液壓油。液壓單元由上液壓室7-l，上連接管路6-l、下液壓室7-2和下 連接管路6-2組成。上、下液壓室7-1和7-2在主液壓缸5外以主液壓缸5為中心的圓周 方向垂直布置，上、下連接管路6-1和6-2亦水平布置在主液壓缸5外以主液壓缸5為中心 的圓周方向上，上、下液壓室7-1和7-2分別通過上、下連接管路6-1和6-2與主液壓缸5 連通。 16個(gè)L匪HD發(fā)電機(jī)在主液壓缸5外以主液壓缸5為中心的圓周方向均勻地垂直分 布，與16個(gè)液壓單元——相固聯(lián)。 一個(gè)L匪HD發(fā)電機(jī)由上、下波紋管8-l、8-2， MHD發(fā)電通道10，磁體9、一對平板電極以及液態(tài)金屬發(fā)電工質(zhì)組成；所述的上、下波紋管8-l和8-2同 軸置于相應(yīng)液壓單元的上、下液壓室7-1和7-2內(nèi)，且與上、下液壓室7-1和7-2固聯(lián)。MHD 發(fā)電通道10在所述的上、下波紋管8-1和8-2之間，且與所述的上、下波紋管8-1和8-2組 成一密閉空間，液態(tài)金屬發(fā)電工質(zhì)在該密閉空間內(nèi)做垂直方向的往復(fù)流動(dòng)。MHD發(fā)電通道 10垂直穿過磁體9的磁孔，平板形電極對貼在MHD發(fā)電通道10內(nèi)與磁場方向平行的內(nèi)壁 上；MHD發(fā)電通道10由不導(dǎo)磁不導(dǎo)電的材料制成，其橫截面為矩形或方形。磁體9為兩極 磁體，可采用永磁體或其他形式的磁體，磁體9產(chǎn)生垂直于流動(dòng)方向的磁場。
圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例潛入式L匪HD波浪能直接發(fā)電裝置的一個(gè)液態(tài)金屬磁流 體發(fā)電機(jī)和與其相對應(yīng)的一個(gè)液壓單元的局部放大圖。L匪HD發(fā)電機(jī)的上、下波紋管8-1、 8-2同軸置于液壓單元的上、下液壓室7-1和7-2內(nèi)，且分別與上、下液壓室7-1和7-2固 聯(lián)。液態(tài)金屬發(fā)電工質(zhì)在由MHD發(fā)電通道10 ，上、下波紋管8-1和8-2組成的密閉空間內(nèi)做 垂直方向的往復(fù)流動(dòng)。上波紋管8-l外表面與上液壓室7-l的內(nèi)表面組成的密閉流動(dòng)空間 充滿液壓油；下波紋管8-2外表面與下液壓室7-2的內(nèi)表面組成的密閉流動(dòng)空間充滿液壓 油。 本發(fā)明具體實(shí)施例潛入式L匪HD波浪能直接發(fā)電裝置工作過程如圖3所示。
如圖3a所示，波峰時(shí)，作用在外筒1上的壓力突然增大，外筒1向下運(yùn)動(dòng)，通過與 之固聯(lián)的活塞桿2帶動(dòng)主液壓缸5中的活塞4向下運(yùn)動(dòng)，將主液壓缸5中的液壓油壓入16 個(gè)液壓單元的下液壓室7-2，下液壓室7-2中的液壓油逐漸增多，壓迫與之相對的下波紋管 8-2收縮，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)液態(tài)金屬垂直向上流動(dòng)到上波紋管8-l，上波紋管8-l伸長，迫使上液 壓室7-l中的液壓油通過上連接管路6-l流入主液壓缸5 ;同時(shí)回復(fù)彈簧13被壓縮，浮筒 中空氣體積減小，壓力逐漸增大。如圖3b所示，波谷時(shí)，作用在外筒1上的壓力突然減小， 在浮筒中空氣壓力和回復(fù)彈簧13的作用下，外筒1向上運(yùn)動(dòng)，通過與之固聯(lián)的活塞桿2帶 動(dòng)活塞4向上運(yùn)動(dòng)，將主液壓缸5中的液壓油壓入16個(gè)液壓單元的上液壓室7-1，上液壓 室7-l中的液壓油逐漸增多，壓迫與之相對的上波紋管8-l收縮，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)液態(tài)金屬垂直向 下流動(dòng)到下波紋管8-2，下波紋管8-2伸長，迫使下液壓室7-2中的液壓油通過下連接管路 6-2流入主液壓缸5;同時(shí)回復(fù)彈簧13伸張，浮筒中空氣的體積增大，壓力逐漸減小。這樣， 波浪的勢能通過浮筒轉(zhuǎn)換成MHD發(fā)電通道10中液態(tài)金屬發(fā)電工質(zhì)的動(dòng)能。流動(dòng)的液態(tài)金 屬在與磁場的相互作用下，產(chǎn)生感生電動(dòng)勢；再通過電極、電纜連接負(fù)載，輸出電能。16個(gè) L匪HD發(fā)電機(jī)串聯(lián)連接，可以進(jìn)一步提高輸出電壓。
權(quán)利要求
一種潛入式液態(tài)金屬磁流體波浪能直接發(fā)電裝置，其特征在于所述的發(fā)電裝置由外筒(1)，活塞桿(2)，回復(fù)彈簧(13)，內(nèi)筒(3)，活塞(4)，主液壓缸(5)，剛性支架(11)、基座(12)以及n個(gè)液壓單元和n個(gè)液態(tài)金屬磁流體發(fā)電機(jī)組成，n＝1，2，3...；外筒(1)和內(nèi)筒(3)同軸，內(nèi)筒(3)固定在剛性支架(11)上，內(nèi)筒(3)通過剛性支架(11)與基座(12)固聯(lián)，基座(12)固定在海床上；外筒(1)通過沿內(nèi)筒(3)中心軸設(shè)置的活塞桿(2)與同軸置于主液壓缸(5)內(nèi)的活塞(4)聯(lián)結(jié)；回復(fù)彈簧(13)套裝在活塞桿(2)外；主液壓缸(5)、n個(gè)液壓單元和n個(gè)液態(tài)金屬磁流體發(fā)電機(jī)放置在內(nèi)筒(3)內(nèi)；整個(gè)發(fā)電裝置垂直布置在海平面以下。
2. 按照權(quán)利要求1所述的發(fā)電裝置，其特征在于所述的外筒(1)和內(nèi)筒(3)垂直套 裝，且完全浸沒在海面以下；外筒(1)和內(nèi)筒(3)的內(nèi)部均充滿壓縮空氣；外筒(1)的內(nèi)徑 略大于內(nèi)筒(3)的外徑，外筒(1)和內(nèi)筒(3)為滑動(dòng)配合；外筒(1)可沿垂直方向自由滑 動(dòng)。
3. 按照權(quán)利要求1所述的發(fā)電裝置，其特征在于所述的主液壓缸(5)和n個(gè)液壓單 元連通，主液壓缸(5)和n個(gè)液壓單元均充滿液壓油，主液壓缸(5)和n個(gè)液壓單元固定在 內(nèi)筒(3)內(nèi)；n個(gè)液壓單元沿主液壓缸(5)的外圓周均布；液壓單元由上液壓室(7-1)，上連 接管路(6-l)、下液壓室(7-2)和下連接管路(6-2)組成；上、下液壓室(7-l、7-2)在主液 壓缸(5)外以主液壓缸(5)為中心的圓周方向垂直布置，上、下連接管路(6-l、6-2)亦水平 布置在主液壓缸(5)外以主液壓缸(5)為中心的圓周方向上，上、下液壓室(7-l、7-2)分別 通過上、下連接管路(6-1 、6-2)與主液壓缸(5)連通；每個(gè)液壓單元與一個(gè)液態(tài)金屬磁流體 發(fā)電機(jī)固聯(lián)。
4. 按照權(quán)利要求l所述的發(fā)電裝置，其特征在于所述的回復(fù)彈簧(13)的上端固定在 外筒(1)的內(nèi)壁，下端固定的主液壓缸(5)的外壁；波峰時(shí)回復(fù)彈簧(13)被壓縮，波谷時(shí)回 復(fù)彈簧(13)伸張，并與壓縮空氣共同作用，推動(dòng)外筒(1)向上運(yùn)動(dòng)。
5. 按照權(quán)利要求1所述的發(fā)電單元裝置，其特征在于所述的n個(gè)液態(tài)金屬磁流體發(fā) 電機(jī)以主液壓缸(5)為中心，在主液壓缸(5)的外圓周均勻垂直分布n個(gè)液態(tài)金屬磁流體 發(fā)電機(jī)串聯(lián)連接；每個(gè)液態(tài)金屬磁流體發(fā)電機(jī)由上、下波紋管(8-l、8-2)，磁流體發(fā)電通道 (IO)，磁體(9)、一對平板電極以及液態(tài)金屬發(fā)電工質(zhì)組成；上、下波紋管(8-l、8-2)同軸置 于對應(yīng)液壓單元的上、下液壓室(7-l、7-2)內(nèi)，上、下波紋管(8-l、8-2)分別與相應(yīng)液壓單 元的上、下液壓室(7-l、7-2)固聯(lián)；磁流體發(fā)電通道(10)在上、下波紋管(8-l、8-2)之間， 且與上、下波紋管(8-l、8-2)組成一密閉空間，液態(tài)金屬發(fā)電工質(zhì)在該密閉空間做垂直方 向的往復(fù)流動(dòng)；磁流體發(fā)電通道(10)垂直穿過磁體(9)的磁孔，平板形電極對貼在磁流體 發(fā)電通道(10)內(nèi)與磁場方向平行的內(nèi)壁上。
全文摘要
一種潛入式液態(tài)金屬磁流體波浪能直接發(fā)電裝置，由外筒(1)，活塞桿(2)，回復(fù)彈簧(13)，內(nèi)筒(3)，活塞(4)，主液壓缸(5)，剛性支架(11)，基座(12)，n(n＝1，2，3...)個(gè)液壓單元和n(n＝1，2，3...)個(gè)液態(tài)金屬磁流體發(fā)電機(jī)組成。外筒(1)和內(nèi)筒(3)同軸，內(nèi)筒(3)固定在剛性支架(11)上，內(nèi)筒(3)通過剛性支架(11)與基座(12)固聯(lián)，基座(12)固定在海床上；外筒(1)通過沿內(nèi)筒(3)中心軸設(shè)置的活塞桿(2)與同軸置于主液壓缸(5)內(nèi)的活塞(4)聯(lián)結(jié)；回復(fù)彈簧(13)套裝在活塞桿(2)外；主液壓缸(5)、n個(gè)液壓單元和n個(gè)液態(tài)金屬磁流體發(fā)電機(jī)放置在內(nèi)筒(3)內(nèi)；整個(gè)裝置垂直布置在海平面以下。
文檔編號H02K7/18GK101694203SQ200910235590
公開日2010年4月14日 申請日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者劉保林, 彭燕, 李建, 李然, 沙次文, 許玉玉, 趙凌志 申請人:中國科學(xué)院電工研究所;