本發(fā)明涉及電磁發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種海洋流體發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著社會的快速發(fā)展，人們對于能源的需求日益增大。對于地球而言，傳統(tǒng)的能源如石油、煤炭等。由于傳統(tǒng)的能源已經(jīng)越來越稀少，同時傳統(tǒng)的能源也存在著巨大的污染，尋找到替代能源已經(jīng)是當務(wù)之急。隨著科技的進步，人們發(fā)現(xiàn)自然界中存在著廣大的環(huán)境能量，如太陽能、風能、振動能、海洋能等。如何對這些廣泛存在的能量進行收集并加以利用就成為一個難題。近年來，隨著海洋資源的研究力度的不斷加大，應(yīng)用在海底探測領(lǐng)域的設(shè)備也越來越多，且絕大多數(shù)為電子產(chǎn)品，此類電子產(chǎn)品的運行需要持續(xù)不斷的電能供給，因此水下電源的研究越來越受到人們的重視。

用于海底探測的電子設(shè)備通常采用化學能電池供電，因為往海底架設(shè)輸電線路顯然是很難實現(xiàn)的。要想保證設(shè)備的持續(xù)運行，有些耗能高的設(shè)備需要不斷更換電池，而在有些場合下更換電池的成本太高，甚至在某些場合下是不可能實現(xiàn)的?，F(xiàn)有技術(shù)中也存在利用海洋自身的能源進行發(fā)電的裝置。例如振動水柱式波浪發(fā)電裝置，是目前研究和使用最多的波浪能裝置，它利用壓縮空氣推動汽輪發(fā)電機組發(fā)電；水下壓差型波浪裝置，它利用波浪的波峰和波谷對轉(zhuǎn)換裝置的壓力差工作；點吸收型波能轉(zhuǎn)化裝置，利用浮漂結(jié)構(gòu)吸收波浪各個方向能量，進而轉(zhuǎn)換為其他能量進行存儲。

但現(xiàn)有技術(shù)中利用海洋自身能源進行發(fā)電的裝置存在一些缺陷。即它們在將海洋能轉(zhuǎn)換為電能的過程中，需要經(jīng)歷中間換能的步驟，例如需要先將波浪能轉(zhuǎn)換為裝置的機械能，再通過將裝置的機械能轉(zhuǎn)換為電能，進而實現(xiàn)能源的轉(zhuǎn)換與存儲。通常在能源轉(zhuǎn)換過程中，會有大量的能量損耗，會降低能源轉(zhuǎn)換效率，降低了發(fā)電效率。另外現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)電裝置只能在淺海地區(qū)使用，并沒有能在深海中進行發(fā)電的裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是提供一種用于海洋流體發(fā)電系統(tǒng)，該海洋流體發(fā)電系統(tǒng)能夠?qū)⒑Ｑ竽苤苯愚D(zhuǎn)換成電能，且發(fā)電效率較高，并能夠在深海中使用。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種海洋流體發(fā)電系統(tǒng)，其包括：

電磁發(fā)電裝置：所述電磁發(fā)電裝置包括圓柱型halbach永磁陣列以及設(shè)置在所述圓柱型halbach永磁陣列的內(nèi)壁上且相對間隔設(shè)置的兩塊導(dǎo)電板；

電能收集裝置：所述電能收集裝置包括儲能單元，所述儲能單元與所述導(dǎo)電板電連接。

其中，所述電磁發(fā)電裝置還包括底座和支架，所述支架的一端與所述底座連接，所述圓柱型halbach永磁陣列與所述支架的另一端可轉(zhuǎn)動式連接。

其中，所述圓柱型halbach永磁陣列的內(nèi)徑為5-15cm，所述圓柱型halbach永磁陣列的外徑為8-20cm。

其中，所述圓柱型halbach永磁陣列采用多個扇形永磁磁塊組合構(gòu)成。

其中，所述圓柱型halbach永磁陣列采用多個梯形永磁磁塊組合構(gòu)成。

其中，所述圓柱型halbach永磁陣列由稀土永磁材料制成。

其中，所述導(dǎo)電板為銅板。

其中，所述導(dǎo)電板與所述儲能單元之間還依次連接有整流單元和電流放大單元。

其中，在所述整流單元與所述電流放大單元之間還連接有第一穩(wěn)壓單元。

其中，在所述電流放大單元與所述儲能單元之間還連接有第二穩(wěn)壓單元。

(三)有益效果

本發(fā)明提供的一種海洋流體發(fā)電系統(tǒng)，通過采用圓柱型halbach永磁陣列產(chǎn)生內(nèi)部均勻同方向的磁感應(yīng)強度，使得海水穿過圓柱型halbach永磁陣列的內(nèi)部，海水流動切割磁感線運動而得到電能量并收集起來，該電磁發(fā)電裝置將海洋能直接轉(zhuǎn)換成電能，省去了中間換能的過程，提高了能源轉(zhuǎn)換效率和發(fā)電效率，并能夠在深海中使用，解決了傳統(tǒng)電源存儲能量有限，不能長期使用，污染環(huán)境等問題。該海洋流體發(fā)電系統(tǒng)可直接作為無電源系統(tǒng)的電源，也可作為輔助電源為電池充電，使得為深海電磁探測領(lǐng)域的電源自供電提供可能。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一種海洋流體發(fā)電系統(tǒng)的電磁發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中的圓柱型halbach永磁陣列的磁力線分布的結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一種海洋流體發(fā)電系統(tǒng)的電能收集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1：圓柱型halbach永磁陣列；2：第一導(dǎo)電板；3：第二導(dǎo)電板；4：支架；5：底座；6:整流單元；7：第一穩(wěn)壓單元；8：電流放大單元；9：IGBT緩沖單元；10：防反二極管；11：儲能單元；12：第二穩(wěn)壓單元。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種海洋流體發(fā)電系統(tǒng)的一個優(yōu)選實施例。如圖所示，該海洋流體發(fā)電系統(tǒng)包括電磁發(fā)電裝置和電能收集裝置，其中，電磁發(fā)電裝置包括圓柱型halbach永磁陣列1以及設(shè)置在該圓柱型halbach永磁陣列1的內(nèi)壁上且相對間隔設(shè)置的兩塊導(dǎo)電板(第一導(dǎo)電板2和第二導(dǎo)電板3)，優(yōu)選該導(dǎo)電板為銅板。電能收集裝置包括儲能單元11(例如蓄電池組)，該儲能單元與導(dǎo)電板電連接，以將電磁發(fā)電裝置產(chǎn)生的電能存儲起來。使用時將該海洋流體發(fā)電系統(tǒng)放置于海底，并使得海水穿過該圓柱型halbach永磁陣列的內(nèi)徑，由于海水切割圓柱型halbach永磁陣列產(chǎn)生的磁感線因而產(chǎn)生電能量，通過電能收集裝置將該電能量存儲起來以便供給負載等使用。

由于圓柱型halbach永磁陣列具有良好的特性：內(nèi)部磁感應(yīng)強度均勻且單方向(如圖2所示)，磁感應(yīng)強度的幅值大小只受到陣列內(nèi)外徑比的影響，當取得合適磁體厚度時，內(nèi)磁場磁感應(yīng)強度可以超過永磁材料本身的剩磁值大小。漏磁小且不需要屏蔽裝置。因此本發(fā)明所提供的海洋流體發(fā)電系統(tǒng)通過采用圓柱形halbach永磁陣列，有效地提高了海水切割磁感線產(chǎn)生電能的大小，因此提高了發(fā)電效率，且通過直接將海洋能轉(zhuǎn)換成電能，無需中間轉(zhuǎn)能過程，因而使得能源轉(zhuǎn)換效率較高。

優(yōu)選地，該電磁發(fā)電裝置還包括底座5和支架4，其中，支架4的一端與底座5連接，圓柱型halbach永磁陣列1與支架4的另一端可轉(zhuǎn)動式連接，因而使得該海洋流體發(fā)電系統(tǒng)能夠根據(jù)洋流方向改變圓柱型halbach永磁陣列1的洞口方向，使得海水流動的方向與圓柱型halbach永磁陣列1的軸線平行，以提高所得電能的大小，從而進一步地提高發(fā)電效率。

具體地，電能等于電動勢E和電流I的乘積，電動勢E和電流I都與磁感應(yīng)強度B成正比，則電能大小與磁感應(yīng)強度B的平方成正比，所以增大磁感應(yīng)強度B是提高收集電能的最有效的辦法。因此為了收集盡可能多的電能，優(yōu)選圓柱型halbach永磁陣列的內(nèi)徑為5-15cm，外徑為8-20cm，以使內(nèi)部產(chǎn)生盡可能大的磁感應(yīng)強度B。

由于海水切割磁感線運動產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E為：

其中，L為第一導(dǎo)電板2和第二導(dǎo)電板3之間的間距，的大小為垂直海水切割磁感線方向的分量，為垂直于磁感應(yīng)強度B方向切割磁感線的速度的分量。電流可通過下式計算：

其中，ρ為海水的電阻率，a為導(dǎo)電板的豎直高度，b為第一導(dǎo)電板2和第二導(dǎo)電板3的長度，即ab*L為有效切割磁感線的海水體積。因此對于圓柱形的halbach磁陣列來說，電能計算公式為：

P＝EI＝B²V²πr₀²h/ρ

其中，πr₀²h為有效切割磁感線的海水體積，相當于上面電動勢和電流公式中的ab*L。

可選地，圓柱型halbach永磁陣列采用多個扇形永磁磁塊組合構(gòu)成，或者采用多個梯形永磁磁塊組合構(gòu)成。

優(yōu)選地，該圓柱型halbach永磁陣列由稀土永磁材料制成。

如圖3所示，該海洋流體發(fā)電系統(tǒng)的電能收集裝置還包括連接在導(dǎo)電板(第一導(dǎo)電板2和第二導(dǎo)電板3)與儲能單元11之間的整流單元6、兩個第一穩(wěn)壓單元7、電流放大單元8和第二穩(wěn)壓單元12。其中，整流單元6采用三相二極管整流橋。每個第一穩(wěn)壓單元7由兩對電阻、電容串聯(lián)電路構(gòu)成，實現(xiàn)穩(wěn)壓作用，第二穩(wěn)壓單元12由兩對電阻、電容串聯(lián)電路構(gòu)成，實現(xiàn)穩(wěn)壓作用。電流放大單元8采用Boost變換電路，該Boost變換電路設(shè)置有由電容構(gòu)成的IGBT緩沖單元9，以保護IGBT的安全運行。在儲能單元11的正極還設(shè)置有防反二極管10。需要說明的是，在本發(fā)明的其它一些實施例中，該電能收集裝置可僅包括連接在導(dǎo)電板與儲能單元11之間的整流單元6和電流放大單元8。儲能單元11可一邊提高能量給負載，一邊對圓柱型halbach永磁陣列1產(chǎn)生的電能存儲起來。

綜上所述，該海洋流體發(fā)電系統(tǒng)通過采用圓柱型halbach永磁陣列產(chǎn)生內(nèi)部均勻同方向的磁感應(yīng)強度，使得海水穿過圓柱型halbach永磁陣列的內(nèi)部，海水流動切割磁感線運動而得到電能量并通過能量收集裝置收集起來，該海洋流體發(fā)電系統(tǒng)將海洋能直接轉(zhuǎn)換成電能，省去了中間換能的過程，提高了能源轉(zhuǎn)換效率和發(fā)電效率，并能夠在深海中使用，解決了傳統(tǒng)電源存儲能量有限，不能長期使用，污染環(huán)境等問題。該海洋流體發(fā)電系統(tǒng)可直接作為無電源系統(tǒng)的電源，也可作為輔助電源為電池充電，使得為深海電磁探測領(lǐng)域的電源自供電提供可能。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。