专利名称：基于气囊的人力驱动液态金属发电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及人力发电装置，特别涉及一种基于气囊的人力驱动液态金属发电装置，其可在没有外界电源的情况下给用电设备提供持久的电力供应；其工作原理是人体运动产生的动能驱动气囊吸气使其沿一个固定向上的方向发生形变，气囊的形变推动液态金属向上流动，液态金属在流动时切割磁力线产生电力，产生的电力由电极输出以备后续使用。当气囊恢复形变时，液态金属在重力的作用下反向流动，再次切割磁力线产生电力，产生的电力同样也由电极输出以备后续使用。
背景技术：
随着经济的增长，人们生活水平的提高，能源的供需矛盾越来越尖锐。寻求和开发可再生的清洁能源已成为能源可持续发展的唯一选择。人体运动的机械能作为一种可再生的、清洁的、普遍存在的能量一直以来都被人们忽视，直到能源供需矛盾日益突出的今天才越来越受到人们的重视。随着常规能源的日益枯竭以及发展低碳能源技术重要性的日益体现，人力发电研究正在如火如荼的进行中，结合人体各种运动方式的人力发电的机械设备可谓层出不穷。但是当前使用人体能量发电的技术大多都采用固态导体的电磁效应来实现，这使得人们需要大幅度、高强度的体力和长时间的运动才能驱动这些设备。另外，固态导体的存在一方面使得用这些发电设备的摩擦耗功较大，另一方面使产生的电力大量损耗在电阻上。这些问题将直接导致人体运动能量的利用不充分和人力产生电力的损耗，最终使人力产生的电力较小往往不敷使用。本发明提出了一种基于气囊的人力驱动液态金属发电装置，其可以有效地解决当前人力发电技术中存在的一些问题。本发明结合了液态金属的流动性及金属特性和气囊易于形变的特性，在有效地收集人体运动能量产生电能达到节能环保的同时，且此发电装置易于驱动，还可以促使人们在学习和工作之余有节律地锻炼身体，保持身心健康从而更好地学习和工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于气囊的人力驱动液态金属发电装置，该装置借助于人体自身运动使气囊吸气发生形变，再由此形变诱导紧贴气囊的液态金属发生流动，流动的液态金属切割磁力线产生电能，当气囊恢复形变时液态金属在重力作用下反向流动， 再次切割磁力线产生电能，产生的电能由电极输出以备后续使用。为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下本发明提供的基于气囊的人力驱动液态金属发电装置，其包括一对磁极性相反的第一永磁体1和第二永磁体2 ；夹装于所述第一永磁体1和第二永磁体2之间的内装液体金属的储液池6，所述第一永磁体1和第二永磁体2外表面涂有电磁隔离涂层；位于所述储液池6之内下部的气囊7 ；所述气囊7 —相对的两侧壁上分别设有气囊进气口 73和气囊排气口 71 ；所述气囊进气口 73处和气囊排气口 71处分别安装进气阀9 和排气阀8 ；所述排气阀8出口端伸出所述气囊7的气囊腔72之外与大气相通；用以限制液态金属在储液池6的储液池腔61中上升位置的防止液态金属溢出储液池腔61的限制器3 ；所述限制器3安装在储液池腔61开口处，限制器3与储液池腔61通过过盈配合并借助密封材料使储液池腔61开口处密封，其材质与储液池6材质一致；所述限制器3装有手柄，所述限制器3与液态金属直接接触的表面涂有电绝缘材料层；一与所述进气阀9相连通的脚踩打气筒10 ；安装于所述储液池6顶盖上的第一电极4和第二电极5 ；所述第一电极4和第二电极5底端与储液池6内的液体金属相接触；所述第一电极4和第二电极5的另一端分别连接用电装置的正、负极。所述的第一永磁体1和第二永磁体2的材质为钕铁硼合金、钐钴合金、钴镍合金、 铝镍钴合金、铁氧体、铁、钴或镍。所述的第一电极4和第二电极5为金属片状电极板、有机导电片状电极板或半导体导电片状电极板。所述储液池6为金属合金材质的储液池或者刚性复合材料材质的储液池，所述储液池6内表面上涂有电绝缘层。所述的气囊7为柔软橡胶气囊或柔软硅胶气囊。所述的进气阀9为压缩机进气阀；所述的排气阀8为压缩机排气阀。所述的液体金属为常温下呈液态的镓、铟、镓铟合金、镓铟锡合金、水银或钠钾合
^^ ο本发明的多个基于气囊的人力驱动液态金属发电装置可串联、并联或串、并联混合使用。所述多个基于气囊的人力驱动液态金属发电装置串联、并联或串、并联混合为多个基于气囊的人力驱动液态金属发电装置的气囊之间的串联、并联或串、并联混合。所述多个基于气囊的人力驱动液态金属发电装置串联、并联或串并联混合为多个基于气囊的人力驱动液态金属发电装置的电极之间的串联、并联或串、并联混合。本发明的基于气囊的人力驱动液态金属发电装置，通过人力驱动气囊吸气发生形变，再由此形变诱发在储液池腔内的液态金属沿储液池腔内壁面向上流动，液态金属在流动的时候切割安装在储液池基座紧贴储液池两侧的永磁体产生的磁力线产生电能。当气囊恢复形变时，液态金属在重力的作用下反向流动再次切割磁力线产生电能，产生的电力通过安装在储液池具有进、排气口一侧的内壁面与液态金属直接接触的一对正、负电极导出， 以备后续电力的传输、整流、变压、存储和使用等。储液池包括储液池腔，储液池基座，储液池排气口和储液池进气口四部分；其中， 储液池腔的作用是存储液态金属并为液态金属的流动提供流道，另外，储液池腔底部安装有气囊并限制气囊的形变方向。储液池基座的作用是支撑整个储液池，使其在工作时不易倾倒。储液池进气口和储液池排气口处分别安装有进气阀和排气阀，供气体的进入和排出之用。储液池进气口和排气口处在分别安装进气口和排气阀时应安装密封圈，以防止液态金属从储液池进气口或储液池排气口处泄漏到储液池腔外；另外，储液池内表面喷涂或者沉积电绝缘材料层，避免电极和储液池之间导通。
气囊包括气囊腔、气囊进气口和气囊排气口，其中，气囊腔的作用是存储气体，气囊的进、排气口分别与安装在储液池进、排气口处的进、排气阀连接，供气体进入和排除气囊之用。气囊的进、排气口分别与进、排气阀连接的位置设置在储液池进、排气口处，这样安装在储液池进、排气口处的密封圈可以防止液态金属流入气囊腔内；另外，整个气囊安装在储液池腔内，其底部与储液池底部紧贴，没有气囊进、排气口的气囊表面与储液池没有进、 排气口一侧的内表面紧贴，在气囊上表面以上的储液池腔内灌注有液态金属。气囊的材质可以是柔性橡胶、硅胶等韧性较好易于形变的材质。进气阀安装在储液池进气口处，与气囊的进气口相连接，其作用是当打气筒中气体压力达到一定值时，将气体吸入气囊中，根据气囊的进气压力选配其型号。排气阀安装在储液池排气口处，与气囊的排气口相连接，其作用是当气囊中气体压力达到一定值时，将气体排出气囊，根据气囊的排气压力选配其型号。脚踩打气筒是将周围环境中的气体吸入气囊的装置或器械，其可以直接选用市场上现有的脚踩打气筒。液态金属为常温下呈液态的镓、铟、镓铟合金、镓铟锡合金、水银或钠钾合金等。液态金属应满足如下要求高电导率；较小的粘性系数；化学稳定性好；无毒；热稳定性好； 便于获取。比如，水银因有毒性，一般不宜考虑作为工质；另外，液态金属钠钾合金易与水及空气发生反应，因而使用起来有许多不便。所以，在选用液态金属时要根据发电装置应用的场合具体选用。本发明提供的基于气囊的液态金属发电装置的优点在于可部分缓解当前的能源危机，把低能量密度、低品位的人体动能利用起来；基于液态金属易于流动的特性，本发明比以往的人力发电装置节省体力；气囊的引入使得人体运动的能量更易被收集；绿色环保，本发明没有涉及危害环境的环节，对低碳经济有积极贡献；促使人们有节律的运动，保持身心健康；为人们提供了便捷、节能、环保、高效、持久的用电模式。
附图1为本发明的爆炸示意图；附图2为本发明的结构示意图；附图3为本发明除去永磁体后的结构示意图；附图4为本发明的气体输送通道示意图；附图5为本发明的储液池结构示意图；附图6为本发明的气囊结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例进一步描述本发明。附图1是基于气囊的人力驱动液态金属发电装置的爆炸图，此图清晰地展示了本发明的各部件的布局情况。结合该图，本发明提供的基于气囊的人力驱动液态金属发电装置，其包括一对磁极性相反的第一永磁体1和第二永磁体2 ；夹装于所述第一永磁体1和第二永磁体2之间的内装液态金属的储液池6，所述第一永磁体1和第二永磁体2外表面涂有电磁隔离涂层；位于所述储液池6之内下部的气囊7 ；所述气囊7 —相对的两侧壁上分别设有气囊进气口 73和气囊排气口 71 ；所述气囊进气口 73处和气囊排气口 71处分别安装进气阀9 和排气阀8 ；所述排气阀8出口端伸出所述气囊7的气囊腔72之外与大气相通；用以限制液态金属在储液池6的储液池腔61中上升位置的防止液态金属溢出储液池腔61的限制器3 ；所述限制器3安装在储液池腔61开口处，限制器3与储液池腔61通过过盈配合并借助密封材料使储液池腔61开口处密封，其材质与储液池6材质一致；所述限制器3装有手柄，所述限制器3与液态金属直接接触的表面涂有电绝缘材料层；一与所述进气阀9相连通的脚踩打气筒10 ；安装于所述储液池6顶盖上的第一电极4和第二电极5 ；所述第一电极4和第二电极5底端与储液池6内的液体金属相接触；所述第一电极4和第二电极5的另一端分别连接用电装置的正、负极。其工作原理是踩踏脚踩打气筒10使其内部气体的压力达到一定值，与脚踩打气筒10直接相连的安装在储液池进气口 63处的进气阀9被导通，气体将沿进气阀9通过与进气阀9紧连的气囊进气口 73进入气囊腔72中；此时，气囊腔72中气体压力还不足以推开与气囊排气口 71相连的安装在储液池排气口 62处的排气阀8，这使得气囊腔72中气压增大，气囊7上表面因没有贴紧储液池6内表面而开始沿着储液池腔61向上发生形变；在储液池腔61内气囊7上表面的液态金属在气囊7推动下沿储液池腔61内表面向上流动，此流动使液态金属切割放置在储液池基座64上并与储液池6无进气口 63和排气口 62 —侧的表面紧贴的永磁体(第一永磁体1和第二永磁体幻产生的磁力线，从而产生电力；此电力将由安装在储液池6具有进气口 63和排气口 62 —侧的内表面并紧贴在进气口 63、排气口 62上方与液态金属直接接触的电极(第一电极4和第二电极幻导出，供后续的用电装置使用；当气囊7中气体压力达到一定值时，与气囊排气口 71相连的安装在储液池排气口 62处的排气阀8被推开，气囊7中的气体通过排气阀8排到周围环境中；此时，气囊7将恢复形变，失去气囊7支撑的液态金属将在重力作用下沿储液池腔61内表面向下流动；液态金属在向下流动的过程中再次切割磁力线，产生电力，此时电极(第一电极4和第二电极5) 上输出电流的正、负极性与液态金属向上流动时正好相反；当液态金属流回原位，再次踩踏脚踩打气筒10时就可以重复以上发电过程。附图2-1是以进气阀9的一侧为主体的本发明装配整体图，附图2-2是以排气阀 8的一侧为主体的本发明装配整体图。附图2-1和附图2-2清晰展示了永磁体(第一永磁体1和第二永磁体2、、储液池6、限制器3、电极(第一电极4和第二电极幻、进气阀9、排气阀8和脚踩打气筒10之间的装配关系。整个装置以储液池6为主体，永磁体(第一永磁体1和第一永磁体2、将紧贴储液池6无进气口 63和排气口 62 —侧表面并且放置在储液池基座64上；限制器3安装在储液池腔61上端开口处将储液池腔61开口封死，其一方面限制液态金属上升的位置防止液态金属的泄漏，另一方面作为手柄以便整个装置的挪动和搬运；电极(第一电极4和第二电极幻安装在储液池6具有进气口 63、排气口 62—侧的内表面，并且其紧贴储液池6进气口 63、排气口 62的上方安装，其一直沿储液池腔61内表面向上延伸到腔体开口处，然后沿垂直于储液池6安装有电极(第一电极4和第二电极5) 的侧面的方向延伸到储液池腔61外以便电能的后续使用。进气阀9和排气阀8分别安装在储液池进气口 63和排气口 62处，且分别与气囊7进气口 73和排气口 71直接相连；脚踩打气筒10安装在储液池7外面与进气阀9直接相连。附图3-1是以进气阀9 一侧为主体的本发明除去永磁体(第一永磁体1和第一永磁体幻后的示意图，附图3-2是以排气阀9 一侧为主体的本发明除去永磁体(第一永磁体 1和第一永磁体幻后的示意图；其进一步清晰地展示了储液池6、限制器3、电极(第一电极4和第二电极幻、进气阀9、排气阀8和脚踩打气筒10之间的位置关系；附图4是本发明气体输送通道示意图，其包括脚踩打气筒10、进气阀9、气囊7和排气阀8 ；气体的输送过程为周围环境中的气体由脚踩打气筒10吸入，然后进入与其直接相连的进气阀9，这些气体通过进气阀9进入与进气阀9直接相连的气囊进气口 73进入气囊腔72，当气囊腔72中的气体积累到一定程度时推开与气囊排气口 71直接相连的排气阀 9，最终排到周围环境中；图5-1和图5-2是本发明储液池结构示意图，其清晰地给出了储液池6的整体结构，其包括储液池腔61，储液池进气口 63，储液池排气口 62和储液池基座64。储液池腔 61内安装有电极(第一电极4和第二电极幻和气囊7，其为液态金属提供流动槽道的同时， 还引导和限制气囊7的形变；储液池进气口 63用于安装进气阀8，而储液池排气口 62用于安装排气阀9 ；储液池进气口 63、储液池排气口 62处在安装进气阀9、排气阀8时安装有密封圈，防止液态金属从储液池进气口 63和排气口 62处泄漏到储液池腔61外；附图6是本发明气囊7结构示意图，其清晰地给出了气囊7的整体结构，其包括 气囊腔72、气囊进气口 73和气囊排气口 71 ；气囊腔72没有与储液池6内壁面接触的表面随气囊7内气体的多少发生形变，从而推动与其最接近的液态金属沿气囊形变的方向流动；气囊进气口 73与进气阀9连接，将由脚踩打气筒10中的气体导入气囊7 ；气囊排气口 71与排气阀8连接，将气囊7中的气体排出到周围环境中；气囊进气口 73和气囊排气口 71 分别与进气阀9和排气阀8连接的位置设置在储液池进气口 63、排气口 62处，这样安装在储液池进气口 63和储液池排气口 62处的密封圈可以防止液态金属流入气囊腔72内。本发明的第一永磁体1和第二永磁体2的材质可为钕铁硼合金、钐钴合金、钴镍合金、铝镍钴合金、铁氧体、铁、钴或镍，再此不一一赘述。本发明的第一电极4和第二电极5可为金属片状电极板、有机导电片状电极板或半导体导电片状电极板，再此不一一赘述。本发明的储液池6可为金属合金材质的储液池或者刚性复合材料材质的储液池， 储液池6内表面上涂有电绝缘层，再此不一一赘述。本发明的气囊7可为柔软橡胶气囊或柔软硅胶气囊，再此不一一赘述。本发明的进气阀9为压缩机进气阀；排气阀8为压缩机排气阀。本发明所使用的液体金属可为常温下呈液态的镓、铟、镓铟合金、镓铟锡合金、水银或钠钾合金，再此不一一赘述。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
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权利要求
1.一种基于气囊的人力驱动液态金属发电装置，其包括一对磁极性相反的第一永磁体(1)和第二永磁体O)；夹装于所述第一永磁体(1)和第二永磁体( 之间的内装液态金属的储液池(6)，所述第一永磁体(1)和第二永磁体( 外表面涂有电磁隔离涂层；位于所述储液池(6)之内下部的气囊(7)；所述气囊(7) —相对的两侧壁上分别设有气囊进气口(7 和气囊排气口(71)；所述气囊进气口(7 处和气囊排气口(71)处分别安装进气阀(9)和排气阀⑶；所述排气阀⑶出口端伸出所述气囊(7)的气囊腔(72)之外与大气相通；用以限制液态金属在储液池(6)的储液池腔(61)中上升位置的防止液态金属溢出储液池腔(61)的限制器(3)；所述限制器(3)安装在储液池腔(61)开口处，限制器(3)与储液池腔(61)通过过盈配合并借助密封材料使储液池腔(61)开口处密封，其材质与储液池 (6)材质一致；所述限制器( 装有手柄，所述限制器( 与液态金属直接接触的表面涂有电绝缘材料层；一与所述进气阀(9)相连通的脚踩打气筒(10)；安装于所述储液池(6)顶盖上的第一电极⑷和第二电极(5)；所述第一电极⑷和第二电极( 底端与储液池(6)内的液体金属相接触；所述第一电极(4)和第二电极(5) 的另一端分别延伸出储液池腔开口处连接用电装置的正、负极。
2.按权利要求1所述的基于气囊的人力驱动液态金属发电装置，其特征在于，所述的第一永磁体(1)和第二永磁体( 的材质为钕铁硼合金、钐钴合金、钴镍合金、铝镍钴合金、 铁氧体、铁、钴或镍。
3.按权利要求1所述的基于气囊的人力驱动液态金属发电装置，其特征在于，所述的第一电极⑷和第二电极(5)为金属片状电极板、有机导电片状电极板或半导体导电片状电极板。
4.按权利要求1所述的基于气囊的人力驱动液态金属发电装置，其特征在于，所述储液池(6)为金属合金材质的储液池或者刚性复合材料材质的储液池，所述储液池(6)内表面上涂有电绝缘层。
5.按权利要求1所述的基于气囊的人力驱动液态金属发电装置，其特征在于，所述的气囊(7)为柔软橡胶气囊或柔软硅胶气囊。
6.按权利要求1所述的基于气囊的人力驱动液态金属发电装置，其特征在于，所述的进气阀(9)为压缩机进气阀；所述的排气阀(8)为压缩机排气阀。
7.按权利要求1所述的基于气囊的人力驱动液态金属发电装置，其特征在于，所述的液态金属为常温下呈液态的镓、铟、镓铟合金、镓铟锡合金、水银或钠钾合金。
8.按权利要求1所述的基于气囊的人力驱动液态金属发电装置，其特征在于，多个基于气囊的人力驱动液态金属发电装置串联、并联或串并联混合。
9.按权利要求8所述的基于气囊的人力驱动液态金属发电装置，其特征在于，所述多个基于气囊的人力驱动液态金属发电装置串联、并联或串、并联混合为多个基于气囊的人力驱动液态金属发电装置的气囊之间的串联、并联或串、并联混合。
10.按权利要求9所述的基于气囊的人力驱动液态金属发电装置，其特征在于，所述多个基于气囊的人力驱动液态金属发电装置串联、并联或串、并联混合为多个基于气囊的人力驱动液态金属发电装置的电极之间的串联、并联或串、并联混合。
全文摘要
本发明涉及的基于气囊的人力驱动液态金属发电装置，其包括一对磁极性相反的永磁体；夹装于该对永磁体间的内装液态金属的储液池；位于储液池内下部的气囊；设于气囊相对两侧壁的气囊进、排气口处分别安装进、排气阀；限制器装于储液池腔开口处；脚踩打气筒与进气阀相通；一对电极紧贴储液池具有进、排气口一侧的内壁面安装，电极底端紧贴储液池进、排气口上方，另一端延伸出储液池腔。通过人力驱动气囊吸气并沿储液池腔向上发生形变，形变诱发液态金属沿储液池腔内壁面向上流动，液态金属流动中切割磁力线产生电力；气囊恢复形变时，液态金属在重力作用下反向流动再次切割磁力线产生电力；产生的电力由一对电极导出，以备后续使用。
文档编号H02K44/00GK102457157SQ20101051453
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月14日 优先权日2010年10月14日
发明者代丹, 刘静 申请人:中国科学院理化技术研究所