振荡水柱式浪热器的制作方法

1.磁致热、波浪能利用、供热供暖、新能源、节能减排、海洋经济。


背景技术：

2.波浪能在海洋中蕴藏丰富，而海岸线附近城市人口密集，这也就为开发利用波浪能找到了一个庞大的市场。目前，波浪能的开发利用研究普遍着眼于发电，与本发明申请关系比较密切的波浪能发电装置有振荡水柱式波浪能发电装置。
3.磁力耦合技术的发展，使能量转化变得简单高效，振荡水柱式浪热器正是利用磁力耦合技术和振荡水柱式波浪能转化装置相结合将波浪能转化为热能。
4.本人先前曾提出磁力缓速器和极大负荷可调磁力缓速器的发明申请，可从中华人民共和国国家知识产权局检索以供参考。


技术实现要素：

5.本发明针对波浪能的开发利用，提出了振荡水柱式浪热器的解决方案。
6.振荡水柱式浪热器包括磁力耦合制热系统和振荡水柱式波浪能驱动系统，为了使磁力耦合制热系统在最佳转速范围内工作，振荡水柱式波浪能驱动系统还可以加装动力传动变速系统。磁力耦合制热系统由转子和定子组成，转子和定子一个上装有磁块，另一个上装有感应盘或感应筒，依靠转子和定子产生磁力耦合实现能量转化，将机械能转化为热能，机械能由波浪上伏时压缩气室中的空气驱动涡轮产生或由波浪下沉时吸入空气驱动涡轮产生。振荡水柱式浪热器可用于加热水、空气或其它储热介质，从而用来供热供暖。
7.根据磁力耦合制热系统的磁力耦合面的位置不同，振荡水柱式浪热器可分为盘式振荡水柱式浪热器、筒式振荡水柱式浪热器和混合式振荡水柱式浪热器。
8.磁力耦合面为相对旋转磁场和感应磁场相互耦合的理论假设中性面，磁力耦合面位于磁块固定盘组件和感应盘组件之间或磁块固定筒组件和感应筒组件之间，磁块固定盘组件或磁块固定筒组件用于产生相对旋转磁场，感应盘组件或感应筒组件用于产生感应磁场，相对旋转磁场和感应磁场相互耦合进行能量转化，振荡水柱式浪热器的磁力耦合制热系统的转子和定子中一个装有磁块固定盘组件或磁块固定筒组件，另一个装有感应盘组件或感应筒组件，转子和定子的相互作用可看作是相对旋转磁场和感应磁场的相互作用。
附图说明
9.图1、图2、图3所示为盘式振荡水柱式浪热器的几种基本的结构类型，其磁力耦合制热系统1的转子采用磁块固定盘组件1-2，而定子采用感应盘组件1-1，其振荡水柱式波浪能驱动系统2加装了变速箱。图1所示的盘式振荡水柱式浪热器的磁力耦合制热系统采用一组磁力耦合面，即一个感应盘组件和磁块固定盘组件的匹配组合。图2所示的盘式振荡水柱式浪热器的磁力耦合制热系统采用两组磁力耦合面，但用两个感应盘组件和两个磁块固定盘组件的匹配组合。图3所示的盘式振荡水柱式浪热器的磁力耦合制热系统采用两组磁力
耦合面，但用两个感应盘组件和一个磁块固定盘组件的匹配组合。图1、图2、图3所示盘式振荡水柱式浪热器的磁力耦合制热系统可以串联使用，即使用两组以上的磁力耦合面。图中标号2-1为变速箱高速轴，标号2-2为涡轮，标号2-3为收缩管，标号2-4为气室。气室2-4与波浪组成一个封闭空间，气室开孔与收缩管2-3相连结，气室与收缩管的形状应根据具体应用位置的海况统计数据进行流场分析后合理设计，以取得最佳效果。图1、图2、图3所示盘式振荡水柱式浪热器的振荡水柱式波浪能驱动系统2使用了变速箱，其目的主要是为了使磁力耦合制热系统1处于最佳转速范围内。各种结构形式的振荡水柱式浪热器的振荡水柱式波浪能驱动系统2也可以不使用变速箱，或使用增速器，但实际海况多变，使用变速箱是最可靠有效的。
10.图4所示的盘式振荡水柱式浪热器是图3所示的盘式振荡水柱式浪热器的一种变形，其振荡水柱式波浪能驱动系统增加了带传动或链传动，2-7、2-9为带轮或链轮，2-8为传动带或传动链。
11.图5所示为盘式振荡水柱式浪热器用于供热的一种形式，加热介质为水。图6所示为盘式振荡水柱式浪热器用于供暖的一种形式，加热介质为空气，图中增设了扰流风扇1-3以加速散热。各种结构类型的振荡水柱式浪热器都可用来供热供暖，形成浪能热水器(增加了保温水箱)或浪能取暖器(增加了防护罩)等装置，用于独立或集中供热供暖。
12.图7所示方案为磁力耦合制热系统1的又一种结构类型，其是图3所示的盘式振荡水柱式浪热器的磁力耦合制热系统1的一种变形，图7所示方案中将感应盘组件1-1置于磁力耦合制热系统1的转子中。图7中的磁力耦合制热系统1的中心传动轴上加装了制动轮2-11，以和制动装置相匹配。制动装置可采用钳式制动器、带式制动器或其它类型的制动器。制动装置也可以置于振荡水柱式波浪能驱动系统低速轴或高速轴2-1上，或置于其它中间轴上，并将制动装置整体集成到变速箱内。
13.图8所示方案为磁力耦合制热系统1的又一种结构类型，其与图1所示方案中的磁力耦合制热系统1的区别是采用了筒式磁力耦合制热系统，筒式磁力耦合制热系统的磁力耦合面平行于中心传动轴的轴向。筒式振荡水柱式浪热器的各种结构形式类似于盘式振荡水柱式浪热器的各种结构形式，仅仅是其磁力耦合制热系统的磁力耦合面的位置不同而已。盘式振荡水柱式浪热器和筒式振荡水柱式浪热器也可融合形成混合式振荡水柱式浪热器，混合式振荡水柱式浪热器的磁力耦合制热系统的磁力耦合面同时置于平行和垂直于磁力耦合制热系统的中心传动轴的轴向。磁力耦合制热系统的感应盘或感应筒既可置于转子中，也可置于定子中。
14.图9所示为盘式振荡水柱式浪热器的磁力耦合制热系统的磁块固定盘组件的示意图，n极和s极永磁体交替排列，磁极方向平行于轴向。筒式振荡水柱式浪热器的磁力耦合制热系统的磁块固定筒组件中的n极和s极永磁体同样交替排列，但其磁极方向垂直于轴向。振荡水柱式浪热器的磁力耦合制热系统的感应盘组件从原理上讲至少应包括感应盘和屏蔽板两部分，当两部分采用相同的材料时，可直接融为一体，适当控制板的厚度即可。
15.图10、11、12所示为振荡水柱式波浪能驱动系统的改进方案，方案中将气室2-4与收缩管2-3之间通过管道相连，并在气室排气口、气室吸气口、大气排出口和大气吸入口处设置控制阀，图中采用单向阀，通过感受空气压力的变化自适应开启或关闭阀门，使空气连续流经涡轮2-2驱动涡轮旋转。图11所示为波浪上升时振荡水柱式波浪能驱动系统的工作
示意图，波浪上升时，气室中的空气被压缩，当气室空气压力p1大于涡轮前端空气压力p2时，气室排气口的单向阀开启，气室中的压缩空气流经涡轮做有用功，此时，因涡轮后端空气压力p3小于气室空气压力p1，所以气室吸气口的单向阀是关闭的，但涡轮后端空气压力p3大于大气压力p0，所以大气排出口的单向阀是开启的，流经涡轮的压缩空气排入大气。图12所示为波浪下降时振荡水柱式波浪能驱动系统的工作示意图，波浪下降时，气室中残存的空气膨胀，气室空气压力p1减小，当气室空气压力p1小于涡轮前端空气压力p2时，气室排气口的单向阀关闭，当涡轮后端空气压力p3大于气室空气压力p1时，气室吸气口的单向阀开启，此时，涡轮后端空气压力p3和涡轮前端空气压力p均小于大气压力p0，所以大气排出口的单向阀关闭而大气吸入口的单向阀开启，大气被吸入流经涡轮做有用功。通过合理设计流道，控制进出涡轮的气体压力可以使涡轮持续稳定高效运转。图10、11、12中的单向阀也可以改用远程控制阀，通过压力传感器实时监测的压力数据进行闭环自动控制，常见的远程控制阀类型有电动、液动、气动和电液动等，如电动球阀、电磁阀等。
16.图13、14、15、16、17所示为振荡水柱式波浪能驱动系统的又一种改进方案。图13所示方案的原理同图10所示方案，只是其涡轮2-2采用汽轮机(汽轮机为现在电厂发电用的设备，以高温高压蒸汽驱动，但此处改用压缩空气驱动，因此也可改名为气轮机，毕竟两种应用的工况有所不同)。图14所示方案为采用多个气轮机和收缩管2-3的并联方案示意图。图15所示方案为采用多个气轮机和收缩管2-3的串联方案示意图。图16所示方案为采用多个气轮机和收缩管2-3的又一种串联方案示意图，其为多效串联，空气压力逐级变化。图17所示方案为采用多个气轮机和收缩管2-3的又一种并联方案示意图，其为多效并联，空气压力逐级变化。图13、14、15、16、17中的单向阀也可以改用远程控制阀，通过压力传感器实时监测的压力数据进行闭环自动控制，常见的远程控制阀类型有电动、液动、气动和电液动等，如电动球阀、电磁阀等。
17.图18所示方案为图16所示方案的一种改进，用人造大气环境取代开放的大气环境。人造大气环境为压缩空气储罐，内部储存一定压力的压缩空气。图18所示方案使工质(作为驱动涡轮的流动空气)形成一个独立系统，便于整个系统的压力控制，从而使振荡水柱式浪热器能稳定、高效地进行高功率输出。振荡水柱式浪热器的各种结构类型都可以采用人造大气环境。
18.图19所示为振荡水柱式波浪能驱动系统的一种改进方案，在气室2-4中增设了导向柱和活动密封板，活动密封板在波浪的作用下沿导向柱上下运动，以使气室中的空气获得必要的压力，同时减少由于空泡效应导致的压力损失。
19.图20所示为振荡水柱式波浪能驱动系统的一种简易改进方案，用内部储存有压缩空气的压缩空气储罐制造的人造大气环境取代开放的大气环境，压缩空气储罐和气室2-4之间直接由收缩管2-3连结，空气流经涡轮2-2后直接进入气室或压缩空气储罐。
具体实施方式
20.振荡水柱式浪热器所包含的各组成零部件，现代工业制造技术均可加工制造。磁块、轴承、电机等均可由专业厂商配套生产，其它零部件机加工、模具成形、焊接即可。气室和收缩管可以使用混凝土制造，也可以采用金属结构制造。
21.振荡水柱式浪热器要想成功应用，必须具备以下几个条件：(1)功率标定——建立
完备的测试台架，以完成系列化产品的标定。(2)动平衡检测——旋转部件必须达到相关标准规定的动平衡要求，以达到必要的安全可靠性。(3)控制——振荡水柱式浪热器为便于使用，其控制系统可设计为闭环控制或开环控制，闭环控制系统便于远程自动控制。(4)产品设计——要根据具体应用地区的海况作针对性设计。
22.振荡水柱式浪热器的使用方案有以下几种：(1)基于大陆海岸线，与防波堤一起规划设计。(2)基于海岛岸线，与海岛防波堤一起规划设计。(3)基于石油钻井平台规划设计。(4)独立设计，固定或系泊于海水中。(5)与船舶组合设计，形成可移动式振荡水柱式浪热器。