一种摩擦纳米波浪能发电装置

1.本实用新型涉及一种摩擦能发电机。


背景技术：

2.波浪能是风能在海面上传导而引起的波浪的动能和势能的总和。波浪能作为最洁净的可再生能源之一，具有分布面积广、可利用时间长及蕴藏能量巨大等优点，如果能够合理利用广阔海域中的海浪，将会为世界能源的利用开辟一条崭新的道路。
3.如今对于波浪能的收集主要采用电磁感应发电机，但其应用在这一领域有诸多不便。首先，基于法拉第电磁感应原理的发电机输出功率与频率的平方呈正比，而波浪的低频(《3hz)和杂乱无序性使其无法高效收集波浪能；其次，电磁感应发电机需要一系列复杂的设备将海浪的机械能转化为电能，导致其体积大、造价高昂，不利于应对海洋上多变极端的气候环境。
4.因此，摩擦纳米发电机很好地解决了上述问题。但是现有的纳米摩擦发电机，需要转换机构，无法对上浮子的垂荡运动直接进行收集，从而造成对波浪能的利用率低下。同时，因为转换机构的存在，造成摩擦纳米发电机结构相对复杂，不易于维护。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是为了克服现有的纳米摩擦发电机对波浪能的利用率低下的问题，提供了一种摩擦纳米波浪能发电装置。
6.本实用新型提供一种摩擦纳米波浪能发电装置，包括上浮子、连接装置、浮筒，以及浮筒内的第一滑轨、第一支撑装置、第二支撑装置、第一介电薄膜、第二介电薄膜和复位装置；
7.浮筒内固定有第一滑轨；
8.第一支撑装置与第一滑轨滑动配合，并能够沿第一滑轨移动；
9.第一介电薄膜和第二介电薄膜分别固定在第一支撑装置和第二支撑装置上，且第一介电薄膜与第二介电薄膜相接触；
10.第一支撑装置的一端通过连接装置与浮筒外的上浮子连接，上浮子能够拉动第一支撑装置沿第一滑轨移动，复位装置与第一支撑装置的另一端连接，能够拉动第一支撑装置复位；
11.第一介电薄膜和第二介电薄膜在摩擦电序列里的位置和电负性均不同；且第二介电薄膜包括两个具有间距的电极，电极作为摩擦纳米波浪能发电装置的电能输出端。
12.本实用新型的有益效果是：
13.本实用新型结构简单、发电成本低，可以对上浮子的垂荡运动直接进行收集，而不需要转换机构，从而提高了波浪能的利用率，能量转换效率高。并且，摩擦纳米发电单元密封于聚合物外壳内部，减少海水腐蚀对发电机组输出性能的影响，易于维护。还可将发电装置单元串联或并联以满足实际应用需求，能够直接持续不断的驱动各种海洋设备或传感器
件，也可以向海岛提供电力输出。
附图说明
14.图1为本发明的一种摩擦纳米波浪能发电装置的结构示意图；
15.图2为本发明的一种摩擦纳米波浪能发电装置中浮筒及浮筒内部剖视结构示意图；
16.图3为本发明的一种摩擦纳米波浪能发电装置中浮筒及浮筒内部另一方向剖视结构示意图；
17.图4为本发明的一种摩擦纳米波浪能发电装置中摩擦纳米发电单元的结构示意图；摩擦纳米发电单元包括连接装置、竖向滑轨、第一支撑装置、第二支撑装置、第一介电薄膜、第二介电薄膜和复位装置；
18.图5为本发明的一种摩擦纳米波浪能发电装置中摩擦纳米发电单元的另一方向结构示意图；
19.图6为本发明的一种摩擦纳米波浪能发电装置中摩擦纳米发电单元的再一方向结构示意图；
20.图7为本发明的一种摩擦纳米波浪能发电装置中第二支撑装置和第二介电薄膜的配合结构示意图。
21.上述图2、图4～图6中为了使第一介电薄膜和第二介电薄膜能够表现清晰，选用了第一支撑装置与第二支撑装置具有一定间距的状态。实际工作时，第一支撑装置与第二支撑装置压紧，令第一介电薄膜和第二介电薄膜之间具有能够产生摩擦的压力。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
24.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。
25.具体实施方式一
26.本实施方式的一种摩擦纳米波浪能发电装置，包括上浮子5、连接装置、浮筒1，以及浮筒1内的第一滑轨2、第一支撑装置、第二支撑装置、第一介电薄膜3、第二介电薄膜4和复位装置6；
27.浮筒1内固定有第一滑轨2；
28.第一支撑装置与第一滑轨2滑动配合，并能够沿第一滑轨2移动；
29.第一介电薄膜3和第二介电薄膜4分别固定在第一支撑装置和第二支撑装置上，且第一介电薄膜3与第二介电薄膜4相接触；
30.第一支撑装置的一端通过连接装置与浮筒1外的上浮子5连接，上浮子5能够拉动
第一支撑装置沿第一滑轨2移动，复位装置6与第一支撑装置的另一端连接，能够拉动第一支撑装置复位；
31.第一介电薄膜3和第二介电薄膜4在摩擦电序列里的位置和电负性均不同；且第二介电薄膜4包括两个具有间距的电极，电极作为摩擦纳米波浪能发电装置的电能输出端。
32.具体地，如图1～图6所示，本实用新型包括浮筒1(外筒1-2和内筒1-1)，连接装置，与连接装置相连的竖向滑块7-1，竖向滑轨2，和竖向滑块7-1下端相连的复位装置6，固定在竖向滑块7-1上的第一支撑板7-2和固定在第一支撑板7-2上的第一介电薄膜3。以及固定在内筒1-1上的水平滑轨9-1，可沿水平滑轨9-1运动的水平滑块9-2，弹性压力装置9-3，固定在水平滑块9-2上的第二支撑板9-4，和固定在第二支撑板9-4上的第二介电薄膜4。
33.浮筒1与海底通过一条缆绳相连，波浪的作用力主要是影响漂浮在海面上的上浮子5，而浸没在水下的浮筒1受到的基本就是浮力和重力，只要保持浮筒受到的浮力和重力能够相互平衡，那么浮筒1就会呈现相对稳定的状态，而波浪对他的作用力是很小的，几乎没有影响。这里缆绳的作用就是用来平衡掉浮筒5受到的浮力，从而使浮筒5相对固定。
34.内筒1-1内壁固定有竖向滑轨2和水平滑轨9-1，竖向滑块7-1装配到竖向滑轨2上，竖向滑块7-1可沿着竖向滑轨2上下运动，竖向滑块7-1上端与连接装置相连。连接装置则与浮在水面的上浮子5相连，当上浮子5向上运动时通过连接装置带动竖向滑块7-1向上运动，而第一支撑板7-2则连接到竖向滑块7-1上随着上浮子一起运动。竖向滑块7-1的下端连有发条。
35.水平滑块9-2可沿着水平滑轨9-1运动，水平滑块9-2的一端连接弹性压力装置9-3，另一端连接第二支撑板9-4，弹性压力装置9-3一端连接到水平滑块9-2上，另一端连接到内筒1-1，弹性压力装置9-3的作用在于给水平滑块9-2一个压力，使得本新型在工作的时候第二支撑板9-4可以紧贴着第一支撑板7-2。
36.摩擦纳米发电模块主要由第一支撑板7-2以及其上粘贴的第一介电薄膜3，以及第二支撑板9-4和等间隔粘贴在上面的第二介电薄膜4构成。如图7所示，第二介电薄膜4的两个电极交叉型粘贴，目的在于提高产生的电流，从而提高摩擦纳米发电机的输出功率。
37.具体实施方式二
38.本实施方式是对实施方式一的进一步说明，本实施方式中，第一介电薄膜3为pdms聚二甲基硅氧烷薄膜，第二介电薄膜4包括第一铜箔和第二铜箔；
39.第一铜箔和第二铜箔均为“凹”形，且第一铜箔的一个突出部分和第二铜箔的一个凸出部分分别插入第二铜箔的内凹处和第一铜箔的内凹处，该第一铜箔和第二铜箔分别作为第二介电薄膜4的两个电极；
40.第二支撑装置和第二支撑装置均为绝缘体。
41.本实施方式的其他技术特征与实施方式一完全相同。
42.具体地，如图2～图6所示，第一介电薄膜3介电薄膜可以是聚合物材料或者具有高介电常数的半导体材料。可以采用pdms薄膜，是一层介电薄膜，它在摩擦起电序列表上的位置靠后，当其与金属接触摩擦的时候，pdms薄膜易得电子，带负电。
43.如图7所示。第二介电薄膜4的两个电极(两组相同规格的铜箔)呈交型的等间隔粘贴于第二支撑板9-4板上，此处铜箔主要有两个用途，一方面作为摩擦电介质与pdms薄膜接触摩擦，由于铜箔在摩擦起序列表上的位置比较靠前，因此当它和pdms薄膜接触的时候容
易失去电子，带正电。另一方面则作为电极，通过引出导线的方式与外电路相连。而之所以要交叉型粘贴，目的在于提高产生的电流，从而提高摩擦纳米发电机的输出功率。
44.第一介电薄膜3和第二介电薄膜4的厚度分别为1mm和0.5mm。可以用砂纸打磨的方式对第一介电薄膜3的表面进行纹理化微处理以增大表面摩擦电荷密度。
45.具体实施方式三
46.本实施方式是对实施方式一或二的进一步说明，本实施方式中，第一支撑装置包括第一滑块7-1和第一支撑板7-2；
47.第一滑块7-1与第一滑轨2滑动配合；
48.第一支撑板7-2的一侧与第一滑块7-1固定，另一侧固定有第一介电薄膜3。
49.本实施方式的其他技术特征与实施方式一或二完全相同。
50.具体地，固定在竖向滑块7-1上的第一支撑板7-2长20cm，高10cm，厚度为5mm。其上粘贴一层1mm厚的第一介电薄膜3。
51.具体实施方式四
52.本实施方式是对实施方式三的进一步说明，本实施方式中，连接装置包括连接杆8-1和连接绳8-2；
53.连接杆8-1的一端与竖向滑块7-1固定，另一端穿出浮筒1并通过连接绳8-2与上浮子5固定。
54.本实施方式的其他技术特征与实施方式三完全相同。
55.具体实施方式五
56.本实施方式是对实施方式三的进一步说明，本实施方式中，第二支撑装置包括一对第二滑轨9-1、一对第二滑块9-2、弹性压力装置9-3和第二支撑板9-4；
57.一对第二滑轨9-1平行设置；且第二滑轨9-1与第一滑轨2相互垂直；
58.一对第二滑块9-2分别与两个第二滑轨9-1滑动配合，一对第二滑块9-2均与第二支撑板9-4固定，能够带动第二支撑板9-4沿第二滑轨9-1移动；
59.第二支撑板9-4与第一支撑板7-2平行设置，该第二支撑板9-4朝向第一支撑板7-2的一面固定有第二介电薄膜4；
60.弹性压力装置9-3的一端与浮筒1固定，另一端固定于第二支撑板9-4背向第一支撑板7-2的一面，能够将第二支撑板9-4压向第一支撑板7-2，使第一介电薄膜3和第二介电薄膜4之间具有压力。
61.本实施方式的其他技术特征与实施方式三完全相同。
62.具体地，如图2～图7所示，弹性压力装置9-3(可以选用弹簧)的一端连接到水平滑块9-2上，另一端连接到内筒1-1内侧壁，弹性压力装置9-3的作用在于可以给水平滑块9-2一个压力，使得装置在工作的时候位于水平滑块9-2上的第二支撑板9-4可以紧贴着与竖向滑块7-1连接的第一支撑板7-2，根据摩擦纳米发电机原理可知，作用在第一支撑板7-2和第二支撑板9-4上的压力越大，两种电介质上产生的电荷越多，生成的电压和电流也就越大，因此弹性压力装置9-3有助于提升发电装置的功率。
63.固定在水平滑块9-2上的第二支撑板9-4长30cm，宽10cm，厚度为5mm。
64.具体实施方式六
65.本实施方式是对实施方式四或五的进一步说明，本实施方式中，复位装置6为发
条。
66.本实施方式的其他技术特征与实施方式四或五完全相同。
67.具体地，如图2～图6所示，发条装配在竖向滑轨2上，其活动端通过挂钩连接到竖向滑块7-1的下端，发条的作用是当竖向滑块7-1被上浮子5拉到浮筒上端时能给竖向滑块7-1施加一个拉力，这样当上浮子5在波浪力的作用下向下运动时。竖向滑块7-1仍然可以回到初始的位置，以此实现往复运动。
68.具体实施方式七
69.本实施方式是对实施方式一、二、四或五的进一步说明，本实施方式中，浮筒1包括内筒1-1和外筒1-2；
70.内筒1-1固定在外筒1-2中，且该内筒1-1与外筒1-2之间为电能储存装置容纳腔；
71.竖向滑轨2、第一支撑装置、第二支撑装置、第一介电薄膜3、第二介电薄膜4和复位装置6均位于内筒1-1内部。
72.本实施方式的其他技术特征与实施方式一、二、四或五完全相同。
73.具体地，如图1～图3所示，外筒1-2和内筒1-1为3d打印制成，材料为透明亚克力，外筒1-2呈桶形，内筒1-1呈盒状，外筒1-2高度为0.8～1.5米，外筒1-2和内筒1-1为一体结构，中间的空隙用来放置能量收集电路(电能储存装置)，外筒1-2与内壳之间留有足够的空间用来放置能量收集电路。
74.透明亚克力材料具有韧性强、耐腐蚀、重量轻、高承载力等优点，内筒1-1之所做成盒状则是为了后期水平滑轨9-1和竖向滑轨2等零件的装配。
75.竖向滑轨2、水平滑轨9-1均固定到内筒1-1上。
76.虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本实用新型，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本实用新型的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他实施例中。
77.本实用新型还提供了摩擦纳米式波浪能发电系统单元的制备方法，包括以下步骤：
78.制备可拆分的浮筒内外壳，采用3d打印技术，浮筒外壳的高度为0.8～1.5m.
79.分别将水平滑轨和竖直滑轨固定到浮筒内壳的内壁，再分别把两块对应尺寸的abs支撑板固定到相应的滑块上，并在两块abs支撑板上贴附pdms介电薄膜和铜箔胶带，铜箔胶需引出导线。
80.将对应尺寸的发条装配到竖直滑轨上，发条的活动端通过挂钩的形式与竖直滑块下端相连。
81.将弹簧装配到水平滑块和浮筒内壳之间，弹簧选择劲度系数较大的，目的在于增大abs支撑板之间的压力。
82.对基于双上浮子点吸收式的摩擦纳米波浪能发电装置单元进行防水密封，通过外电路将若干防水密封后的发电装置单元串联或者并联组成复式双上浮子点吸收式摩擦纳米波浪能发电系统。

技术特征：
1.一种摩擦纳米波浪能发电装置，其特征在于，包括上浮子(5)、连接装置、浮筒(1)，以及浮筒(1)内的第一滑轨(2)、第一支撑装置、第二支撑装置、第一介电薄膜(3)、第二介电薄膜(4)和复位装置(6)；所述浮筒(1)内固定有所述第一滑轨(2)；所述第一支撑装置与所述第一滑轨(2)滑动配合，并能够沿所述第一滑轨(2)移动；所述第一介电薄膜(3)和第二介电薄膜(4)分别固定在第一支撑装置和第二支撑装置上，且第一介电薄膜(3)与第二介电薄膜(4)相接触；所述第一支撑装置的一端通过所述连接装置与所述浮筒(1)外的上浮子(5)连接，所述上浮子(5)能够拉动所述第一支撑装置沿所述第一滑轨(2)移动，所述复位装置(6)与所述第一支撑装置的另一端连接，能够拉动所述第一支撑装置复位；所述第一介电薄膜(3)和所述第二介电薄膜(4)在摩擦电序列里的位置和电负性均不同；且所述第二介电薄膜(4)包括两个具有间距的电极，所述电极作为摩擦纳米波浪能发电装置的电能输出端。2.根据权利要求1所述的一种摩擦纳米波浪能发电装置，其特征在于，第一介电薄膜(3)为pdms聚二甲基硅氧烷薄膜，第二介电薄膜(4)包括第一铜箔和第二铜箔；所述第一铜箔和第二铜箔均为“凹”形，且第一铜箔的一个突出部分和第二铜箔的一个凸出部分分别插入第二铜箔的内凹处和第一铜箔的内凹处，该第一铜箔和第二铜箔分别作为第二介电薄膜(4)的两个电极；第二支撑装置和第二支撑装置均为绝缘体。3.根据权利要求1或2所述的一种摩擦纳米波浪能发电装置，其特征在于，第一支撑装置包括第一滑块(7-1)和第一支撑板(7-2)；所述第一滑块(7-1)与第一滑轨(2)滑动配合；所述第一支撑板(7-2)的一侧与所述第一滑块(7-1)固定，另一侧固定有第一介电薄膜(3)。4.根据权利要求3所述的一种摩擦纳米波浪能发电装置，其特征在于，连接装置包括连接杆(8-1)和连接绳(8-2)；所述连接杆(8-1)的一端与所述第一滑块(7-1)固定，另一端穿出浮筒(1)并通过所述连接绳(8-2)与上浮子(5)固定。5.根据权利要求3所述的一种摩擦纳米波浪能发电装置，其特征在于，第二支撑装置包括一对第二滑轨(9-1)、一对第二滑块(9-2)、弹性压力装置(9-3)和第二支撑板(9-4)；所述一对第二滑轨(9-1)平行设置；且第二滑轨(9-1)与第一滑轨(2)相互垂直；所述一对第二滑块(9-2)分别与两个第二滑轨(9-1)滑动配合，所述一对第二滑块(9-2)均与第二支撑板(9-4)固定，能够带动所述第二支撑板(9-4)沿所述第二滑轨(9-1)移动；所述第二支撑板(9-4)与第一支撑板(7-2)平行设置，该第二支撑板(9-4)朝向第一支撑板(7-2)的一面固定有第二介电薄膜(4)；所述弹性压力装置(9-3)的一端与浮筒(1)固定，另一端固定于第二支撑板(9-4)背向第一支撑板(7-2)的一面，能够将第二支撑板(9-4)压向第一支撑板(7-2)，使第一介电薄膜(3)和所述第二介电薄膜(4)之间具有压力。6.根据权利要求4或5所述的一种摩擦纳米波浪能发电装置，其特征在于，复位装置(6)
为发条。7.根据权利要求1、2、4或5所述的一种摩擦纳米波浪能发电装置，其特征在于，浮筒(1)包括内筒(1-1)和外筒(1-2)；所述内筒(1-1)固定在所述外筒(1-2)中，且该内筒(1-1)与外筒(1-2)之间为电能储存装置容纳腔；第一滑轨(2)、第一支撑装置、第二支撑装置、第一介电薄膜(3)、第二介电薄膜(4)和复位装置(6)均位于所述内筒(1-1)内部。

技术总结
本实用新型的一种摩擦纳米波浪能发电装置，涉及一种摩擦能发电机。目的是为了克服现有的纳米摩擦发电机对波浪能的利用率低下的问题，包括：浮筒内固定有第一滑轨；第一支撑装置能够沿第一滑轨移动；第一介电薄膜和第二介电薄膜分别固定在第一支撑装置和第二支撑装置上，且第一介电薄膜与第二介电薄膜相接触；第一支撑装置的一端通过连接装置与浮筒外的上浮子连接，上浮子能够拉动第一支撑装置沿第一滑轨移动，复位装置与第一支撑装置的另一端连接，能够拉动第一支撑装置复位；第一介电薄膜和第二介电薄膜在摩擦电序列里的位置和电负性均不同；且第二介电薄膜包括两个具有间距的电极，电极作为摩擦纳米波浪能发电装置的电能输出端。能输出端。能输出端。


技术研发人员：荆丰梅 倪宇锐 梅云雷 王毅 王松
受保护的技术使用者：北京石油化工学院
技术研发日：2023.04.04
技术公布日：2023/6/28