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      一種基于磁流體共振的波浪能發(fā)電裝置制造方法

      文檔序號:5163134閱讀:464來源:國知局
      一種基于磁流體共振的波浪能發(fā)電裝置制造方法
      【專利摘要】本實用新型公開了一種基于磁流體共振的波浪能發(fā)電裝置,包括振動單元和發(fā)電單元,振動單元包括一端連接有浮子且另一端連接有活塞的豎桿和容置活塞的氣缸,發(fā)電單元包括多個發(fā)電管道,發(fā)電管道包括橫截面為矩形水平區(qū)段,水平區(qū)段的一組相對的壁面外表面上均安裝有磁鐵,另外的一組相對壁面上分別安裝有電極。浮子浸沒在海水中隨海水波浪上下運動,帶動活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運動而使其內(nèi)氣體壓強增大或者縮小,壓強的變化使與氣缸連通的發(fā)電管道的水平區(qū)段內(nèi)的液體金屬往復(fù)振蕩,以切割磁鐵產(chǎn)生的磁感線而產(chǎn)生電能,電能被電極收集。本實用新型發(fā)電裝置用于將波浪蘊藏的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?,其能量轉(zhuǎn)化效率高,且適用多種頻率的波浪。
      【專利說明】一種基于磁流體共振的波浪能發(fā)電裝置

      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本實用新型屬于海洋可再生能源利用領(lǐng)域,更具體地,涉及一種基于磁流體共振的波浪能發(fā)電裝置。

      【背景技術(shù)】
      [0002]海洋的波浪蘊藏的能量巨大,其如風(fēng)能、太陽能一樣是自然界存在的綠色能源,可被持續(xù)利用,能被用于進行發(fā)電?!熬盼濉逼陂g,在科技部攻關(guān)計劃支持下,廣州能源研究所在廣東汕尾市遮浪研建了 10kW振蕩水柱式波力電站,該電站可實現(xiàn)與電網(wǎng)并網(wǎng)運行。天津國家海洋技術(shù)所研建的10kW擺式波力電站,已在1999年9月在青島成功運行。我國計劃在2020年,在上海、海南、廣東各建一座100kW級的岸基式波力電站,以實現(xiàn)對海洋波浪能的廣泛利用。
      [0003]岸基式波力電站具有多種形式的能量轉(zhuǎn)換裝置,其常見的一種轉(zhuǎn)換裝置為振蕩水柱波能式的裝置,該轉(zhuǎn)換裝置中具有氣室,在波浪力作用下,氣室下部水柱被強迫振動,從而壓縮氣室內(nèi)的空氣往復(fù)通過噴嘴,即將波浪能轉(zhuǎn)換成空氣的壓力勢能和動能,具有勢能和動能的空氣帶動透平機,透平機與發(fā)電機共軸從而帶動發(fā)電機發(fā)電。
      [0004]振蕩水柱波浪發(fā)電裝置具有復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu),機械轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)較多,其需要進行多次能量轉(zhuǎn)換,而多次能量轉(zhuǎn)換使得裝置中易損件較多,且能量在轉(zhuǎn)化過程中的損失也較多,導(dǎo)致發(fā)電效率較低。此外,振蕩浮子和振蕩水柱式發(fā)電裝置自身具有固有頻率,且該固有頻率無法調(diào)節(jié),只能對海域內(nèi)與自身固有頻率可產(chǎn)生共振的波浪進行能量轉(zhuǎn)換,雖然其他頻率的波浪仍然攜帶很大部分的機械能,但是卻得不到利用,其波浪能利用效率十分低下。
      實用新型內(nèi)容
      [0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求,本實用新型提供了一種基于磁流體共振的波浪能發(fā)電裝置,其目的在于通過調(diào)節(jié)自身固有頻率來適應(yīng)不同頻率波浪而達到兩者共振,以充分利用各種頻率的波浪能進行發(fā)電,且其能量轉(zhuǎn)換次數(shù)較少,能量損失小,由此解決傳統(tǒng)振蕩水柱波浪發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)換效率低,能量損失大以及不適用多種頻率波浪的技術(shù)問題。
      [0006]為實現(xiàn)上述目的,按照本實用新型的一個方面,提供了一種基于磁流體共振的波浪能發(fā)電裝置,用于將海洋中波浪蘊藏的動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽涮卣髟谟?,其包?br> [0007]振動單元,所述振動單元包括處于海面且中間具有通孔的起支撐作用的海上平臺,穿過所述通孔且一端連接有浮子另一端連接有活塞的豎桿,容置所述活塞的氣缸,與氣缸頂部連通的多通管道,所述多通管道包括一個中心接口和多個周邊接口,所述氣缸與其中心接口連通,所述浮子浸沒在海水中隨海水波浪浮動而上下運動,并通過所述豎桿帶動活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運動而使氣缸內(nèi)氣體壓強增大或者減小;
      [0008]發(fā)電單元,所述發(fā)電單元包括被所述海上平臺支撐的多個外形呈字母“U”形的發(fā)電管道,所述發(fā)電管道包括位于其底部的水平區(qū)段和分別位于所述水平區(qū)段兩側(cè)且在其端部具有端口的兩個豎直區(qū)段,所述水平區(qū)段橫截面為矩形,所述發(fā)電管道的水平區(qū)段用于容置導(dǎo)電液體金屬,所述水平區(qū)段的相對兩個面上均安裝有磁鐵,所述位于同一個面上的磁鐵的極性相同,所述水平區(qū)段的相對的另兩個面上分別安裝有電極;
      [0009]所述發(fā)電管道豎直區(qū)段的端口與所述多通管道的周邊接口連通,以使所述氣缸與所述發(fā)電管道通過所述多通管道連通,所述氣缸內(nèi)的氣體壓強增大或者縮小后使與氣缸連通的發(fā)電管道水平區(qū)段內(nèi)的導(dǎo)電液體金屬往復(fù)振蕩,以切割所述磁鐵產(chǎn)生的磁感線而在與磁感線垂直的方向上產(chǎn)生電勢差,該電勢差被所述電極收集形成電能即實現(xiàn)發(fā)電。
      [0010]進一步的,還包括調(diào)頻單元,該調(diào)頻單元包括
      [0011]儲液室,其為中空的容器,用于儲存所述的導(dǎo)電液體金屬;
      [0012]儲液連通室,其為中空的容器,其與所述儲液室底部分別以排液管和注液管連通,且還與所述多個發(fā)電管道的水平區(qū)段分別通過多個輸液管連通;
      [0013]排液泵,其位于連通所述儲液室與所述儲液連通室的排液管上,該排液泵受外界控制以用于將所述儲液連通室的導(dǎo)電液體金屬排出到所述儲液室,進而使與所述儲液連通室連通的發(fā)電管道內(nèi)的導(dǎo)電金屬液體回流進入所述儲液連通室,實現(xiàn)其質(zhì)量減少且液柱高度降低;
      [0014]注液泵,其位于連通所述儲液室與所述儲液連通室的注液管上,該注液泵受外界控制以用于將所述儲液室的導(dǎo)電液體金屬注入到所述儲液連通室,進而實現(xiàn)與所述儲液連通室連通的發(fā)電管道內(nèi)的金屬液體質(zhì)量增加且液柱高度增加;
      [0015]通過改變所述發(fā)電管道內(nèi)的導(dǎo)電液體金屬的質(zhì)量和液柱高度,以使自身與所述振動單元共同組成的運動部分的固有頻率改變,以與各種不同頻率的波浪產(chǎn)生共振,以共振產(chǎn)生的導(dǎo)電液體金屬的劇烈運動切割磁感線而高效產(chǎn)生電能。
      [0016]進一步的,所述調(diào)頻單元還包括電磁閥,其位于所述輸液管上,每個所述的輸液管上具有一個該電磁閥,所述電磁閥受外界控制以實現(xiàn)自身所在的輸液管的開閉,以實現(xiàn)所述導(dǎo)電液體金屬進入相應(yīng)發(fā)電管道,實現(xiàn)該發(fā)電管道發(fā)電。
      [0017]進一步的,所述調(diào)頻單元還包括氣閥,所述氣閥位于所述儲液室的蓋子上,其用于連接大氣與所述儲液室的內(nèi)部空間,用以平衡所述液態(tài)金屬的液面變化時產(chǎn)生的氣壓差。
      [0018]進一步的,還包括控制單元,其包括
      [0019]超聲波傳感器,該超聲波傳感器位于所述儲液室頂部,以用于測量所述儲液室內(nèi)部的導(dǎo)電液體金屬質(zhì)量;
      [0020]壓強頻率傳感器,該壓強頻率傳感器浸沒在海水中,以用于測量波浪的壓強大小而得到波浪的頻率;
      [0021]微控制器,該微控制器分別與所述超聲波液位傳感器和所述壓強頻率傳感器以電纜連接,且同時與所述排液泵和所述注液泵以電纜連接,用于接收來自所述壓強頻率傳感器和所述超聲波液位傳感器的信號并進行處理,以根據(jù)處理結(jié)果控制所述排液泵或所述注液泵對所述發(fā)電管道進行排液或者注液,以控制其內(nèi)導(dǎo)電液體金屬質(zhì)量和液柱高度,實現(xiàn)實時控制導(dǎo)電金屬液體和所述振動單元共同組成的運動部分的固有頻率的調(diào)節(jié)。
      [0022]進一步的,所述導(dǎo)電液體金屬為鎵合金或汞的一種或者多種。
      [0023]進一步的,所述發(fā)電單元的磁鐵呈片狀,所述片狀磁鐵貼合在所述發(fā)電管道中橫截面呈矩形的水平區(qū)段的兩個相對的外壁面上。
      [0024]進一步的,所述發(fā)電單元的磁鐵為永磁鐵,優(yōu)選為釹鐵硼強磁鐵。
      [0025]進一步的,所述發(fā)電單元的金屬電極具有多對,位于所述發(fā)電管道一個壁面的金屬電極和另一個壁面金屬電極中電勢相等或者接近的電極相電連接,兩個壁面上電勢相差最大的電極分別連接外部蓄電池或者負(fù)載。
      [0026]本實用新型中,磁流體發(fā)電原理為:
      [0027]在波浪力的推動下,浮子在波浪浮力的作用下上下運動,浮子通過豎桿帶動活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運動而產(chǎn)生對氣缸內(nèi)氣體壓縮。氣缸內(nèi)的氣體受到活塞周期性地壓縮,使得其壓強周期性變化,氣體壓強的變化將帶動與氣缸連通的發(fā)電管道內(nèi)液態(tài)金屬來回振蕩,在發(fā)電管道的水平區(qū)段的兩個相對的管壁面上分別裝有強磁鐵,該磁鐵產(chǎn)生的磁感線被來回振蕩的金屬進行切割。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,在該發(fā)電管道的水平區(qū)段會產(chǎn)生電動勢也即電能,該電動勢被該水平區(qū)段另兩個相對壁面上的金屬電極收集,即可將電動勢中電能進行收集利用。
      [0028]本實用新型中,固有頻率調(diào)節(jié)原理為:
      [0029]該實用新型裝置發(fā)電管道內(nèi)的導(dǎo)電液體金屬質(zhì)量或液柱高度可調(diào),振動單元和導(dǎo)電液體金屬共同組成了裝置的的運動部分,而該運動部分的固有頻率與自身的結(jié)構(gòu)和液態(tài)金屬的質(zhì)量有關(guān),從而可實現(xiàn)通過調(diào)節(jié)發(fā)電管道內(nèi)液態(tài)金屬的質(zhì)量和液柱高度來調(diào)節(jié)運動部分的固有頻率,具體規(guī)律是,液柱越高,固有頻率越低,當(dāng)運動部分的固有頻率與波浪的頻率一致或者相差不大時,液態(tài)金屬振蕩最劇烈,切割磁感線的速率最大,達到發(fā)電效率最聞。
      [0030]本實用新型中,電極的連接原理為:
      [0031 ] 在導(dǎo)電液態(tài)金屬切割磁場時,當(dāng)電極對數(shù)足夠多時,可以兩側(cè)電極中找到電勢相等或十分接近的一對電極,將這些電勢相等或相近的電極用導(dǎo)線在通道的外部連接起來,最后剩余的導(dǎo)線其電勢差的差別最大,具有較多電能,可用來連接負(fù)載或者蓄電池。
      [0032]總體而言,通過本實用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比,能夠取得下列有益效果:
      [0033]1、本實用新型裝置可檢測波浪的頻率,根據(jù)波浪的頻率通過調(diào)節(jié)發(fā)電管道內(nèi)導(dǎo)電液體金屬的質(zhì)量和液柱高度,從而調(diào)節(jié)振動單元與導(dǎo)電金屬液體共同組成的運動部分的頻率,使運動單元能與多種頻率的波浪發(fā)生共振,以共振產(chǎn)生的劇烈的導(dǎo)電液體金屬的運動切割磁感線進行發(fā)電,克服了傳統(tǒng)波浪發(fā)電裝置由于自身固有頻率不可調(diào)節(jié)而無法充分利用多種頻率波浪能量的問題。
      [0034]2、本實用新型裝置通過浮子帶動活塞,通過活塞壓縮空氣,通過被壓縮的空氣使導(dǎo)電液體金屬振蕩以切割磁感線,產(chǎn)生電能,相對傳統(tǒng)方法,其能量傳遞環(huán)節(jié)較少,能量在傳遞過程損失少,能量轉(zhuǎn)換效率高,且裝置結(jié)構(gòu)簡單。

      【專利附圖】

      【附圖說明】
      [0035]圖1(a)是實施例中波浪能發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)示意圖的正面;
      [0036]圖1(b)是實施例中波浪能發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)示意圖的反面;
      [0037]圖2是實施例中波浪能發(fā)電裝置振動單元結(jié)合發(fā)電單元主要部件的剖面圖;
      [0038]圖3(a)是實施例中發(fā)電管道的水平區(qū)段結(jié)構(gòu)示意圖;
      [0039]圖3(b)是實施例中發(fā)電單元結(jié)構(gòu)示意圖;
      [0040]圖3(c)是實施例中發(fā)電管道的水平區(qū)段剖面以及電極的結(jié)構(gòu)示意圖;
      [0041]圖4(a)是實施例中發(fā)電管道的水平區(qū)段內(nèi)磁場與導(dǎo)電液體金屬流向示意圖;
      [0042]圖4(b)是實施例中發(fā)電管道的水平區(qū)段外壁上金屬電極間連接圖;
      [0043]圖5是實施例中波浪能發(fā)電裝置控制單元、發(fā)電單元以及調(diào)頻單元主要結(jié)構(gòu)示意圖;
      [0044]圖6是實施例中波浪能發(fā)電裝置頻率調(diào)節(jié)控制框圖;
      [0045]圖7是實施例中波浪能發(fā)電裝置頻率調(diào)節(jié)算法流程圖;
      [0046]圖8是實施例中具有四個發(fā)電管道的波浪能發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)簡圖;
      [0047]在所有附圖中,相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu),其中:
      [0048]101-海上平臺102-浮子103-活塞
      [0049]104-豎桿105-氣缸106-多通管道
      [0050]107-中心接口108-周邊接口201-發(fā)電管道
      [0051]202-水平區(qū)段203-豎直區(qū)段204-磁鐵
      [0052]205-電極206-導(dǎo)電液體金屬 301-儲液室
      [0053]302-儲液連通室 303-排液泵304-注液泵
      [0054]305-電磁閥306-氣閥312-輸液管
      [0055]322-排液管332-注液管401-超聲波傳感器
      [0056]402-壓強頻率傳感器403-微控制器 404-電纜

      【具體實施方式】
      [0057]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實施例,對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型,并不用于限定本實用新型。此外,下面所描述的本實用新型各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
      [0058]圖1(a)和圖1(b)中以及圖2中,振動單元的圓形的海上平臺101由四根固定于海底的柱子支撐(圖中沒有畫出柱子),其中部有讓豎桿104通過的圓孔,海上平臺101可以是圓形以外的其他形狀,或者是簡單的框架結(jié)構(gòu),海上平臺101的結(jié)構(gòu)與形狀可依具體施工情況而定,本實用新型中不進行限定。豎桿104通過海上平臺的圓孔,其下端連接圓筒形浮子102,上端連接活塞103,活塞103置于氣缸105內(nèi),具體見圖2,活塞103與氣缸105的配合滿足一定的氣密性要求,并且摩擦阻力合適,氣缸105頂部與多通管道106 (這里為三通管道)的中心接口 107連通。
      [0059]圖1 (a)、圖1 (b)以及圖2中,發(fā)電單元中具有2個“U”形發(fā)電管道201,且兩者關(guān)于豎桿104對稱分布在海上平臺101上,但本實用新型中對發(fā)電管道201的數(shù)量和分布方式不進行限定。發(fā)電管道201包括位于其底部的水平區(qū)段202和分別位于所述水平區(qū)段202兩側(cè)且在其端部具有開口的兩個豎直區(qū)段203,所述水平區(qū)段202橫截面為矩形,且所述水平區(qū)段202的內(nèi)壁面和外壁面橫截面形狀均為矩形,所述發(fā)電管道的水平區(qū)段202用于容置導(dǎo)電液體金屬汞,但本實用新型中并不導(dǎo)電液體金屬206的材料進行具體限定。所述發(fā)電管道201的所述豎直區(qū)段203具有端口,一個所述發(fā)電管道具有兩個所述豎直區(qū)段203,每個所述豎直區(qū)段203具有一個端口。
      [0060]水平區(qū)段202管道的上下兩個相對面上均安裝有強磁鐵204,且該強磁鐵呈片狀,具有多對,通過卡在位于在所述水平區(qū)段202上下壁面的卡槽而貼合在上下壁面上,且位于同一壁面的磁鐵204的極性相同,所述強磁鐵204為永磁鐵,且其材料為釹鐵硼強磁鐵。
      [0061]在水平區(qū)段202左右壁面上分別安裝有金屬電極205,所述金屬電極呈片狀,具有多對,均貼合在水平區(qū)段的左右壁面上,且貼合在內(nèi)壁面上,在每一片金屬電極片上焊接有與之垂直的小孔板,小孔板通過開設(shè)在水平區(qū)段左右壁面上的孔伸出壁面外,用于連接儲電池或者負(fù)載的導(dǎo)線。本實施例中金屬電極采用銅制作,但本實用新型中對金屬電極的材料不進行限制。
      [0062]所述發(fā)電管道201豎直區(qū)段203的端部開口與所述多通管道106的周邊接口連通,以使所述氣缸105與所述“U”形發(fā)電管道201通過所述多通管道106連通,所述“U”形發(fā)電管道201的數(shù)量與所述多通管道106周邊接口數(shù)量108相同,一個所述“U”形發(fā)電管道通過其一個端口與多通管道106的一個周邊接口 108連通,所述氣缸105內(nèi)的氣體壓強增大或者縮小后使與所述氣缸105連通的“U”形發(fā)電管道水平區(qū)段202內(nèi)的導(dǎo)電液體金屬206往復(fù)振蕩,以切割所述磁鐵204產(chǎn)生磁場而在與磁場垂直的方向上產(chǎn)生電勢差,該電勢差被所述電極205收集形成電能即實現(xiàn)發(fā)電。
      [0063]圖4(b)是實施例中“U”形發(fā)電管道的水平區(qū)段202外壁上金屬電極205間連接圖,其中金屬電極I與3’電勢接近,用外部導(dǎo)線將其相連,同理,將2與4’相連,3與5’相連,按照這樣的連接方法,直至11與13’相連,將剩下的I’和2’與外界儲電池或者負(fù)載的正極或者負(fù)極相連,將12和13與外界儲電池或者負(fù)載的負(fù)極或者正極相連,實現(xiàn)波浪能轉(zhuǎn)化的電能的貯存或者利用。圖4(a)是實施例中“U”形發(fā)電管道的水平區(qū)段202內(nèi)磁場與導(dǎo)電液體金屬206方向不意圖,磁場的方向為垂直紙面向內(nèi)的方向,導(dǎo)電液體金屬206流向為從左至右,則下方電極的電動勢大于上方電極。
      [0064]圖5為實施例中波浪能發(fā)電裝置控制單元、發(fā)電單元以及調(diào)頻單元主要部件的結(jié)構(gòu)示意圖。其中調(diào)頻單元包括儲液室301,其為中空的容器,用于儲存所述的導(dǎo)電液體金屬206。還包括儲液連通室302,其為中空的容器,其與儲液室301底部分別以排液管322、輸液管332連通,且還與兩個“U”形發(fā)電管道201的水平區(qū)段202分別通過兩根輸液管312連通,本實用新型中輸液管312的數(shù)量與所述“U”形發(fā)電管道數(shù)量相同,但本實用新型不對輸液管312的數(shù)量進行限制。所述儲液室301內(nèi)儲存的所述導(dǎo)電液體金屬206通過所述儲液連通室302進出所述“U”形發(fā)電管道201。調(diào)頻單元還包括電磁閥305,其位于所述輸液管312上,每個所述的輸液管312上具有一個該電磁閥305,所述電磁閥305受外界控制而開啟使自身所在的所述輸液管312連通,以實現(xiàn)所述導(dǎo)電液體金屬206進入與之連通的相應(yīng)“U”形發(fā)電管道201,實現(xiàn)對“U”形發(fā)電管道201的開啟而使該發(fā)電管道發(fā)電。還包括排液泵303和注液泵304,兩者均位于連通所述儲液室301與所述儲液連通室302的排液管322、注液管332上,排液泵303受外界控制以用于將所述儲液連通室302的導(dǎo)電液體金屬206排出到所述儲液室301,進而使與所述儲液連通室302連通的“U”形發(fā)電管道201的水平區(qū)段202內(nèi)的金屬液體回流進入所述儲液連通室302,實現(xiàn)導(dǎo)電液體金屬質(zhì)量減少且液柱高度降低,注液泵304受外界控制以用于將所述儲液室301的導(dǎo)電液體金屬206注入到所述儲液連通室302,進而實現(xiàn)與所述儲液連通室302連通的“U”形發(fā)電管道201的水平區(qū)段202內(nèi)的金屬液體質(zhì)量增加且液柱高度增加。通過改變所述“U”形發(fā)電管道201內(nèi)的導(dǎo)電液體金屬206的質(zhì)量和液柱高度,以使自身與所述振動單元共同組成的運動部分的固有頻率改變,以與各種不同頻率的波浪產(chǎn)生共振。
      [0065]圖5中還包括括控制單元,其包括超聲波傳感器401,該超聲波傳感器401位于所述儲液室301頂部,以用于測量所述儲液室301內(nèi)部的導(dǎo)電液體金屬206的質(zhì)量,控制單元還包括壓強頻率傳感器402,該壓強頻率傳感器浸沒在海水中,以用于測量波浪的壓強大小而得到波浪的頻率,控制單元還包括微控制器403,微控制器403分別與所述超聲波傳感器401和所述壓強頻率傳感器402以電纜404連接,且同時與所述排液泵303和所述注液泵304以電纜404連接,微控制器403用于接收來自所述壓強頻率傳感器402和所述超聲波傳感器401的信號并進行處理,以根據(jù)處理結(jié)果控制所述排液泵303或所述注液泵304對所述“U”形發(fā)電管道內(nèi)進行排液或者注液,以控制其內(nèi)導(dǎo)電液體金屬206質(zhì)量和液柱高度變化,實現(xiàn)實時控制運動部分的固有頻率的調(diào)節(jié)。
      [0066]圖6和圖7分別為控制單元對頻率調(diào)節(jié)的控制過程和算法流程圖,其具體的控制過程為:
      [0067](I)浸沒在海水中的壓強頻率傳感器感受波浪的壓強變化,并且將該變化轉(zhuǎn)換成電信號輸送給控制單元。
      [0068](2)控制單元分析電信號得到波浪的頻率。
      [0069](3)控制單元根波浪頻率查得此時達到共振時U型發(fā)電管道內(nèi)導(dǎo)電液體金屬的理想質(zhì)量。
      [0070](4)安裝在儲液室頂部的超聲波傳感器將儲液室內(nèi)液態(tài)金屬的液位信號傳遞給控制單兀。
      [0071](5)控制單元根據(jù)液位信號計算出此時U型發(fā)電管道內(nèi)實際的導(dǎo)電液體金屬質(zhì)量(液態(tài)金屬總質(zhì)量不變)。
      [0072](6)控制單元計算出U型發(fā)電管道內(nèi)導(dǎo)電液態(tài)金屬的實際質(zhì)量和理想質(zhì)量的偏差,并通過泵進行抽注液操作以改變U型發(fā)電管道內(nèi)液態(tài)金屬質(zhì)量,直到偏差小于一個設(shè)定值。即實現(xiàn)了控制單元對調(diào)頻單元的控制,從而實現(xiàn)了運動部分頻率的實時調(diào)節(jié)。
      [0073]本實用新型裝置的特點是具有很強的自調(diào)節(jié)性與適應(yīng)性,U型管發(fā)電管道的數(shù)量可根據(jù)海況決定,并不限定為兩個,波浪振幅大時,可以打開多個U型管發(fā)電管道同時發(fā)電,波浪振幅小時則可關(guān)閉數(shù)個發(fā)電通道。
      [0074]本實用新型裝置中關(guān)于U型發(fā)電管道的擴展形式如圖8所示,圖8中具有4個發(fā)電管道,相應(yīng)的多通管道為五通管道,其中心接口為一個,周邊接口為四個,中心接口與氣缸頂部連通,周邊接口分別與四個發(fā)電管道的豎直端的端口接通,以將氣缸內(nèi)壓力變化傳遞給發(fā)電管道內(nèi)的導(dǎo)電液體金屬206。
      [0075]采用上述方案后,本實用新型一定程度上解決了能量傳遞環(huán)節(jié)多以及能量轉(zhuǎn)換效率小的問題,除此之外,本實用新型使裝置對各種頻率的波浪均有較高的發(fā)電效率。本發(fā)電裝置具有結(jié)構(gòu)簡單,能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)少,可自動調(diào)節(jié)固有頻率的特點,可實現(xiàn)不同頻率波浪能的高效率轉(zhuǎn)化。
      [0076]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解,以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已,并不用以限制本實用新型,凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等,均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
      【權(quán)利要求】
      1.一種基于磁流體共振的波浪能發(fā)電裝置,用于將海洋中波浪蘊藏的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?,其特征在于,其包? 振動單元,所述振動單元包括處于海面的起支撐作用的海上平臺(101),穿過所述海上平臺且一端連接有浮子(102)另一端連接有活塞(103)的豎桿(104),容置所述活塞的氣缸(105),與氣缸頂部連通的多通管道(106),所述多通管道(106)包括一個中心接口(107)和多個周邊接口(108),所述氣缸與其中心接口連通,所述浮子浸沒在海水中隨海水波浪浮動而上下運動,并通過所述豎桿帶動活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運動而使氣缸內(nèi)氣體壓強增大或者減小; 發(fā)電單元,所述發(fā)電單元包括被所述海上平臺(101)支撐的多個外形呈字母“U”形的發(fā)電管道(201),所述發(fā)電管道包括位于其底部的水平區(qū)段(202)和分別位于所述水平區(qū)段兩側(cè)且在其端部具有端口的兩個豎直區(qū)段(203),所述水平區(qū)段橫截面為矩形,所述發(fā)電管道(201)的水平區(qū)段(202)用于容置導(dǎo)電液體金屬(206),所述水平區(qū)段(201)的相對兩個面上均安裝有磁鐵(204),所述位于同一個面上的磁鐵的極性相同,所述水平區(qū)段(201)的相對的另兩個面上分別安裝有電極(205); 所述發(fā)電管道(201)豎直區(qū)段(203)的端口與所述多通管道(106)的周邊接口連通,以使所述氣缸與所述發(fā)電管道通過所述多通管道連通,所述氣缸(105)內(nèi)的氣體壓強增大或者縮小后使與氣缸連通的發(fā)電管道水平區(qū)段內(nèi)的導(dǎo)電液體金屬(206)往復(fù)振蕩,以切割所述磁鐵產(chǎn)生的磁感線而在與磁感線垂直的方向上產(chǎn)生電勢差,該電勢差被所述電極收集形成電能即實現(xiàn)發(fā)電。
      2.如權(quán)利要求1所述的一種基于磁流體共振的波浪能發(fā)電裝置,其特征在于,還包括調(diào)頻單元,該調(diào)頻單元包括 儲液室(301),其為中空的容器,用于儲存所述的導(dǎo)電液體金屬(206); 儲液連通室(302),其為中空的容器,其與所述儲液室(301)底部分別以排液管(322)和注液管(332)連通,且還與所述多個發(fā)電管道(201)的水平區(qū)段分別通過多個輸液管(312)連通; 排液泵(303),其位于連通所述儲液室與所述儲液連通室的排液管(322)上,該排液泵(303)受外界控制以用于將所述儲液連通室的導(dǎo)電液體金屬(206)排出到所述儲液室,進而使與所述儲液連通室連通的發(fā)電管道內(nèi)的導(dǎo)電金屬液體回流進入所述儲液連通室,實現(xiàn)其質(zhì)量減少且液柱高度降低; 注液泵(304),其位于連通所述儲液室與所述儲液連通室的注液管(332)上,該注液泵(304)受外界控制以用于將所述儲液室的導(dǎo)電液體金屬(206)注入到所述儲液連通室,進而實現(xiàn)與所述儲液連通室連通的發(fā)電管道內(nèi)的金屬液體質(zhì)量增加且液柱高度增加; 通過改變所述發(fā)電管道內(nèi)的導(dǎo)電液體金屬(206)的質(zhì)量和液柱高度,以使自身與所述振動單元共同組成的運動部分的固有頻率改變,以與各種不同頻率的波浪產(chǎn)生共振,以共振產(chǎn)生的導(dǎo)電液體金屬的劇烈運動切割磁感線而高效產(chǎn)生電能。
      3.如權(quán)利要求2所述的一種基于磁流體共振的波浪能發(fā)電裝置,其特征在于,所述調(diào)頻單元還包括電磁閥(305),其位于所述輸液管(312)上,每個所述的輸液管上具有一個該電磁閥,所述電磁閥受外界控制以實現(xiàn)自身所在的輸液管的開閉,以實現(xiàn)所述導(dǎo)電液體金屬(206)進入相應(yīng)發(fā)電管道,實現(xiàn)該發(fā)電管道發(fā)電。
      4.如權(quán)利要求3所述的一種基于磁流體共振的波浪能發(fā)電裝置,其特征在于,所述調(diào)頻單元還包括氣閥(306),所述氣閥(306)位于所述儲液室(301)的蓋子上,其用于連接大氣與所述儲液室的內(nèi)部空間,用以平衡所述導(dǎo)電液體金屬的液面變化時產(chǎn)生的氣壓差。
      5.如權(quán)利要求3所述的一種基于磁流體共振的波浪能發(fā)電裝置,其特征在于,還包括控制單元,其包括 超聲波傳感器(401),該超聲波傳感器位于所述儲液室(301)頂部,以用于測量所述儲液室(301)內(nèi)部的導(dǎo)電液體金屬(206)質(zhì)量; 壓強頻率傳感器(402),該壓強頻率傳感器浸沒在海水中,以用于測量波浪的壓強大小而得到波浪的頻率; 微控制器(403),該微控制器分別與所述超聲波液位傳感器(401)和所述壓強頻率傳感器(402)以電纜(404)連接,且同時與所述排液泵(303)和所述注液泵(304)以電纜(404)連接,用于接收來自所述壓強頻率傳感器(402)和所述超聲波液位傳感器(401)的信號并進行處理,以根據(jù)處理結(jié)果控制所述排液泵(303)或所述注液泵(304)對所述發(fā)電管道進行排液或者注液,以控制其內(nèi)導(dǎo)電液體金屬(206)質(zhì)量和液柱高度,實現(xiàn)實時控制導(dǎo)電金屬液體和所述振動單元共同組成的運動部分的固有頻率的調(diào)節(jié)。
      6.如權(quán)利要求1所述的一種基于磁流體共振的波浪能發(fā)電裝置,其特征在于,所述導(dǎo)電液體金屬為鎵合金或萊的一種或者多種。
      7.如權(quán)利要求1所述的一種基于磁流體共振的波浪能發(fā)電裝置,其特征在于,所述發(fā)電單元的磁鐵呈片狀,所述片狀磁鐵貼合在所述發(fā)電管道中橫截面呈矩形的水平區(qū)段的兩個相對的外壁面上。
      8.如權(quán)利要求1所述的一種基于磁流體共振的波浪能發(fā)電裝置,其特征在于,所述發(fā)電單元的磁鐵為永磁鐵。
      9.如權(quán)利要求1所述的一種基于磁流體共振的波浪能發(fā)電裝置,其特征在于,所述發(fā)電單兀的金屬電極具有多對,位于所述發(fā)電管道一個壁面的金屬電極和另一個壁面金屬電極中電勢相等的電極相電連接,兩個壁面上電勢相差最大的電極分別連接外部蓄電池或者負(fù)載。
      【文檔編號】F03B13/16GK204131363SQ201420356640
      【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
      【發(fā)明者】李科研, 李建蘭, 童文平, 劉毅, 索明琛, 戴志翔, 劉閔婕, 陸洲 申請人:華中科技大學(xué)
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