CN114412695A - 一种基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及波浪能发电技术领域，提供了一种基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统，至少包括：浮体，包括密封端与敞口端，敞口端适于伸入水体内，以使浮体内部介于水面与密封端之间的区域形成气室，气室具有与外界相连通的气体通道，气室内设置有磁场；振荡空间，设置在气室内，且能够发生形变；振荡空间内填充有液态金属，振荡空间适于在受到气流冲击时发生形变以使液态金属流动切割磁场产生电流。该转换系统中，振荡空间在受到向上或者向下的气流冲击时均可以发生形变以使液态金属流动切割磁场产生电流。相较于传统旋转透平发电机而言，无需设置单向阀整流系统，结构更精简、更容易维护、成本更低，有利于大范围推广使用。

Description

一种基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统
技术领域
本发明涉及波浪能发电技术领域，具体涉及一种基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统。
背景技术
图1为常规的振荡水柱式波浪能转换系统示意图；如图1所示，常规的振荡水柱式波浪能转换系统主要由浮体2与旋转透平发电机1组成，浮体2下部与海水连通，上部与大气连通。浮体内的水柱随波浪运动在浮体2内生成振荡水柱，压缩浮体2内的空气形成往复气流，往复气流驱动旋转透平发电机1转动，将气流能量转换为电能。
但往复气流作用下，传统旋转透平发电机1无法保持其单向旋转特性，一般需设置单向阀整流系统，但其结构复杂、维护困难、大型装置需配备的单向阀整流系统比较庞大，成本较高，不利于大范围推广使用。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于现有技术中常规振荡水柱式波浪能转换系统需设置单向阀整流系统，但其结构复杂、维护困难、大型装置需配备的单向阀整流系统比较庞大，成本较高，不利于大范围推广使用，从而提供一种基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统，至少包括：浮体，包括密封端与敞口端，所述敞口端适于伸入水体内，以使所述浮体内部介于水面与所述密封端之间的区域形成气室，所述气室具有与外界相连通的气体通道，所述气室内设置有磁场；振荡空间，设置在所述气室内，且能够发生形变；所述振荡空间内填充有液态金属，所述振荡空间适于在受到气流冲击时发生形变以使所述液态金属流动切割所述磁场产生电流。
进一步地，所述振荡空间由波纹管形成，所述波纹管的伸缩方向与气流的运动方向相一致；所述波纹管受气流冲击的端面为密封结构。
进一步地，所述振荡空间的腔壁上设置有两个电极，两个所述电极相互间隔设置，所述液态金属、两个所述电极适于与外部储电设备相连成发电电路。
进一步地，该基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统还包括固定件，设置在所述气室内，所述固定件上至少设置一个流道；所述振荡空间穿过所述流道，且被固定在所述固定件上；沿气流的运动方向上所述固定件将所述气室分为第一气室与第二气室，所述固定件上至少设置一个适于连通所述第一气室与所述第二气室的气孔。
进一步地，两个所述电极均设置在所述流道的内壁上；所述波纹管包括上波纹管与下波纹管；所述上波纹管与所述固定件位于所述第一气室的端面相连，所述下波纹管与所述固定件位于所述第二气室的端面相连，所述上波纹管、所述下波纹管、所述流道的内壁以及两个所述电极形成所述振荡空间。
进一步地，所述流道的内壁上设置有两个磁性相反的磁体，两个所述磁体相互面对设置，以在两个所述磁体之间的区域形成所述磁场；所述磁场的方向与所述流道的长度方向相互垂直。
进一步地，所述流道包括两个，每个流道均对应设置一个所述振荡空间；不同的两个所述振荡空间相互连通。
进一步地，所述流道包括两个，每个流道均对应设置一个所述振荡空间；不同的两个所述振荡空间相互独立。
进一步地，该基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统还包括设置在所述浮体的密封端的喷嘴，所述喷嘴与所述气孔形成所述气体通道。
进一步地，所述气孔有多个时，多个所述气孔沿所述流道的周向呈圆形阵列分布。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统，在气室内设置能够发生形变的振荡空间，该振荡空间无论在受到向上或者向下的气流冲击时均可以发生形变以使液态金属流动切割磁场产生电流。相较于传统旋转透平发电机而言，无需设置单向阀整流系统，结构更精简、更容易维护、成本更低，有利于大范围推广使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为常规的振荡水柱式波浪能转换系统示意图；
图2为本发明一个实施例中的基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统的示意图；
图3为图2中的固定件处的剖视图；
图4为本发明又一个实施例中的基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统的示意图；
图5为本发明又一个实施例中的基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统的示意图；
图6为图5中的固定件处的剖视图；
图7为本发明又一个实施例中的基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统的示意图；
图8为本发明又一个实施例中的基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统的示意图；
图9为本发明又一个实施例中的基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统的示意图。
1、旋转透平发电机；2、浮体；3、水面；
4、振荡空间；5、液态金属；6、固定件；
7、第一气室；8、第二气室；9、电极；
10、磁场；11、气孔；12、喷嘴；
13、磁体；14、上波纹管；15、下波纹管。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
图2为本发明一个实施例中的基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统的示意图；如图2所示，本实施例提供一种基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统，至少包括：浮体2，可以由两段直径不同的圆管构成，其中，直径较大的圆管的端部为敞口端，直径较小的圆管的端部为密封端，直径较大的圆管适于伸入水体内，直径较小的圆管则位于水面3以上。敞口端适于伸入水体内之后，可以在浮体2的内部介于水面3与密封端之间的区域形成气室，气室具有与外界相连通的气体通道。其中，在气室内设置有磁场10；振荡空间4，设置在气室内，且能够发生形变；振荡空间4内填充有液态金属5，振荡空间4适于在受到气流冲击时发生形变以使液态金属5流动切割磁场10产生电流。其中，振荡空间4可以由具有弹性的材料或者可伸缩的管件制成。
其中，液态金属5的填充量可以根据振荡空间4的体积设计。当气流向上冲击振荡空间4时，振荡空间4的底部受到挤压，体积减小，从而迫使振荡空间4内的液态金属5向上运动切割磁场10产生电流，此时液态金属5迫使振荡空间4的顶部体积变大。其中，振荡空间4的具体形变过程如下：当气流向下冲击振荡空间4时，振荡空间4的顶部受到挤压，体积减小，从而迫使振荡空间4内的液态金属5向下运动切割磁场10产生电流，此时液态金属5迫使振荡空间4的底部体积变大。如此循环，无论气流向上还是向下运动，皆可以不断的产生电流。
本实施例提供的基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统，在气室内设置能够发生形变的振荡空间4，该振荡空间4无论在受到向上或者向下的气流冲击时均可以发生形变以使液态金属5流动切割磁场10产生电流。相较于传统旋转透平发电机1而言，无需设置单向阀整流系统，结构更精简、更容易维护、成本更低，有利于大范围推广使用。
其中，振荡空间4由波纹管形成，波纹管的伸缩方向与气流的运动方向相一致；波纹管受气流冲击的端面为密封结构。即波纹管的上下两个端面均为密封结构，当波纹管受到气流冲击时，受到气体冲击的一端被压缩，体积减小，另一端则被拉伸，体积增大。
图3为图2中的固定件处的剖视图；如图3所示，其中，该基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统还包括固定件6，设置在气室内，固定件6上至少设置一个流道；例如，该固定件6可以呈圆柱状结构，固定件6的直径与浮体2上部直径较小的圆管的内径相同，固定件6的与浮体2同轴线设置，固定件6与浮体2的内壁可以粘接或焊接连接，也可以通过法兰将固定件6安装在浮体2的内壁。例如，当固定件6上只有一个流道时，流道可以位于固定件6的中心，振荡空间4穿过流道，且被固定在固定件6上。例如，振荡空间4与流道的内壁可以粘接连接。
其中，振荡空间4的腔壁上设置有两个电极9，两个电极9可以为平板电极9，也可以为曲面板电极9，两个电极9相互间隔设置，液态金属5、两个电极9适于与外部储电设备相连成发电电路。例如，电极9可以与波纹管先连接成整体后，再固定在流道内。例如，电极9也可以先固定在流道的内壁上，之后波纹管再与流道、电极9共同连接成振荡空间4。其中，流道上除了电极9之外的其余部分可以由绝缘材料制成。
其中，沿气流的运动方向上固定件6将气室分为第一气室7与第二气室8，固定件6上至少设置一个适于连通第一气室7与第二气室8的气孔11。
例如，两个电极9均设置在流道的内壁上时，电极9的长度可以与流道的长度相同，也可以小于流道的长度；波纹管包括上波纹管14与下波纹管15；上波纹管14可以与固定件6位于第一气室7的端面粘接连接，下波纹管15可以与固定件6位于第二气室8的端面粘接连接，此时上波纹管14、下波纹管15、流道的内壁以及两个电极9形成振荡空间4。
其中，流道的内壁上设置有两个磁性相反的磁体13，两个磁体13相互面对设置，以在两个磁体13之间的区域形成磁场10；磁场10的方向与流道的长度方向相互垂直。例如，两个磁体13的连线所在的方向与两个电极9的连线所在的方向可以相互垂直。例如，磁体13可以为永磁体13，在两个磁体13之间的区域形成单方向的均匀磁场10。
其中，该基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统还包括设置在浮体2的密封端的喷嘴12，喷嘴12与气孔11形成气体通道。第二气室8内的气流可以经气孔11达到第一气室7内，再经喷嘴12排出浮体2外。同理，外部的气流可以经喷嘴12进入第一气室7内，再经气孔11进入到第二气室8内。
其中，气孔11有多个时，多个气孔11沿流道的周向呈圆形阵列分布。例如，可以有四个气孔11，每个气孔11之间间隔90°设置。如此设置，有利于气流均匀流动，冲击振荡空间4时更加稳定，有利于提高发电效果。
当气室内的水柱随波浪运动而振荡，压缩气室内的空气形成往复气流并通过气孔11、喷嘴12，将波浪能转换为气流能量；振荡气流推动波纹管运动，进而驱动液态金属5切割磁力线产生感生电动势，连接负载输出电能。
图4为本发明又一个实施例中的基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统的示意图；图5为本发明又一个实施例中的基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统的示意图；图6为图5中的固定件处的剖视图；如图4、图5以及图6所示，在一些实施例中，固定件6上的流道可以有两个、三个甚至更多个，具体数量可以根据实际需求设计。例如，每个流道的形状可以为圆柱形，此时对应的，振荡空间4可以为圆柱形。例如，每个流道的形状也可以为环形，此时对应的，振荡空间4也可以为环形或者圆柱形。例如，当流道有两个时，每个流道均对应设置一个振荡空间4，不同的两个振荡空间4可以相互连通，不同的两个振荡空间4也可以相互独立。
图7为本发明又一个实施例中的基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统的示意图，图8为本发明又一个实施例中的基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统的示意图；如图7与图8所示，在一些实施例中，浮体2整体可以呈L型结构。
图9为本发明又一个实施例中的基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统的示意图，如图9所示，在该实施例中，浮体2整体可以呈U型结构。
综上，本申请中的基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统，采用液态金属5磁流体作为发电机中的发电工质往复流动，无旋转的机械运动部件，与往复气流运动特性匹配较好，将液态金属5磁流体发电机与振荡水柱式俘获系统耦合，解决了传统振荡水柱式系统中低频往复气流与旋转透平发电机1特性不匹配、以及透平发电机组多维运动带来的轴承、联轴器和转轮等可靠性差的问题。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统，其特征在于，至少包括：
浮体，包括密封端与敞口端，所述敞口端适于伸入水体内，以使所述浮体内部介于水面与所述密封端之间的区域形成气室，所述气室具有与外界相连通的气体通道，所述气室内设置有磁场；
振荡空间，设置在所述气室内，且能够发生形变；所述振荡空间内填充有液态金属，所述振荡空间适于在受到气流冲击时发生形变以使所述液态金属流动切割所述磁场产生电流。
2.根据权利要求1所述的基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统，其特征在于，
所述振荡空间由波纹管形成，所述波纹管的伸缩方向与气流的运动方向相一致；
所述波纹管受气流冲击的端面为密封结构。
3.根据权利要求2所述的基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统，其特征在于，
所述振荡空间的腔壁上设置有两个电极，两个所述电极相互间隔设置，所述液态金属、两个所述电极适于与外部储电设备相连成发电电路。
4.根据权利要求3所述的基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统，其特征在于，
还包括固定件，设置在所述气室内，所述固定件上至少设置一个流道；所述振荡空间穿过所述流道，且被固定在所述固定件上；
沿气流的运动方向上所述固定件将所述气室分为第一气室与第二气室，所述固定件上至少设置一个适于连通所述第一气室与所述第二气室的气孔。
5.根据权利要求4所述的基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统，其特征在于，
两个所述电极均设置在所述流道的内壁上；
所述波纹管包括上波纹管与下波纹管；
所述上波纹管与所述固定件位于所述第一气室的端面相连，所述下波纹管与所述固定件位于所述第二气室的端面相连，所述上波纹管、所述下波纹管、所述流道的内壁以及两个所述电极形成所述振荡空间。
6.根据权利要求4所述的基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统，其特征在于，
所述流道的内壁上设置有两个磁性相反的磁体，两个所述磁体相互面对设置，以在两个所述磁体之间的区域形成所述磁场；
所述磁场的方向与所述流道的长度方向相互垂直。
7.根据权利要求4所述的基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统，其特征在于，
所述流道包括两个，每个流道均对应设置一个所述振荡空间；
不同的两个所述振荡空间相互连通。
8.根据权利要求4所述的基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统，其特征在于，
所述流道包括两个，每个流道均对应设置一个所述振荡空间；
不同的两个所述振荡空间相互独立。
9.根据权利要求4-8中任一所述的基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统，其特征在于，
还包括设置在所述浮体的密封端的喷嘴，所述喷嘴与所述气孔形成所述气体通道。
10.根据权利要求4-8中任一所述的基于磁流体发电的振荡水柱式波浪能转换系统，其特征在于，
所述气孔有多个时，多个所述气孔沿所述流道的周向呈圆形阵列分布。
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