一种收集波浪能的双柱式摩擦纳米发电装置

本发明属于摩擦发电机领域，具体涉及一种收集波浪能的双柱式摩擦纳米发电装置。

背景技术：

1、波浪能收集装置是一种用于从海洋波浪中收集能量的设备，它利用波浪的运动产生机械运动，并将其转换为可用的电能。双柱式波浪能收集装置通常由两个垂直排列的大柱状浮标组成，这些浮标连接在柔性的转换装置上。随着波浪的来回运动，这些浮标会上下移动，驱动转换装置产生旋转运动，最终通过发电机将机械能转换为电能。与传统的波浪能收集装置相比，双柱式波浪能收集装置具有一些优势：（1）双柱式结构可以提高装置的稳定性和效率，减少振动和摩擦损耗，从而增加能量转换的效率；（2）双柱式波浪能收集装置通常设计成具有一定的自适应性，可以根据波浪的不同特性进行调整，以实现最佳的能量收集效率，这种自适应性使得装置能够在不同海况下有效地运行；（3）双柱式波浪能收集装置通常使用耐海水腐蚀的材料，以确保设备在海洋环境中长期稳定运行；此外，考虑到海洋环境的恶劣条件，装置的设计也要具备抗风浪和抗冲击的特性。目前，双柱式波浪能收集装置正处于不断的研究和发展阶段，科研人员和工程师们正在努力改进装置的设计和性能，以提高其能量转换效率和可靠性，进一步推动波浪能的商业化应用。

2、摩擦纳米发电机是一种能够通过利用机械运动中的微小摩擦产生电荷并转化为电能的技术。摩擦纳米发电机利用纳米材料之间的微小机械运动和相互摩擦来产生静电荷，这些荷电颗粒随后通过电极传递电荷以产生电流，这种机制可以将微小的机械能转换为电能。摩擦纳米发电机通常使用具有优良电荷传输性能的纳米材料，例如氧化物、碳纳米管、石墨烯等，这些材料能够在微观尺度上产生有效的电荷分离和传输。摩擦纳米发电机依赖于纳米尺度材料表面之间的摩擦来产生电荷分离，通过设计特定的结构和材料组合，可以优化摩擦过程，提高发电机的效率和稳定性。摩擦纳米发电机在微型能量收集、自供能系统和可穿戴设备等领域具有广泛的应用潜力，这种技术可以为智能手机、传感器、健康监测设备等提供可持续的能源解决方案。近年来，摩擦纳米发电机技术得到了广泛的研究和发展，科研人员致力于改进发电机的设计和性能，探索新的纳米材料和工艺，以提高装置的效率、稳定性和可靠性。

3、然而，现有的波浪能发电装置往往受限于复杂的机械转换系统，能量转换效率低，维护复杂且成本高，可能对海洋生态环境造成一定影响。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种收集波浪能的双柱式摩擦纳米发电装置，能够高效地利用波浪能，成本较低且环保。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种收集波浪能的双柱式摩擦纳米发电装置，包括主浮体、摩擦纳米发电机和双向空气透平发电机，所述主浮体的中部设置有凹槽，所述凹槽内固定安装有若干个并联连接的摩擦纳米发电机，所述主浮体的前后部分别设置有至少一个柱形台阶孔，所述柱形台阶孔的台阶上方活动安装有双向空气透平发电机；

3、其中，所述双向空气透平发电机包括转轴、上定子涡轮、转子涡轮、下定子涡轮、定子筒形外壳和转子柱形外壳，所述上定子涡轮和下定子涡轮转动安装在转轴上，所述转子涡轮固定安装在转轴上并位于上定子涡轮和下定子涡轮之间，所述定子筒形外壳固定套设于上定子涡轮和下定子涡轮的外侧，所述转子涡轮的外侧面与定子筒形外壳的内侧壁之间留有间隙，所述转轴的上端与转子柱形外壳的顶板固定连接，所述转子柱形外壳的顶板设置有若干个均匀分布的通气孔，所述转子柱形外壳转动套设在定子筒形外壳的外侧，所述转子柱形外壳的内侧壁固定设有作为负极的介电层，所述定子筒形外壳的外侧壁固定设有作为正极的金属电极片，所述金属电极片与介电层之间能够摩擦发电输出电流。

4、优选地，所述主浮体为船体。

5、优选地，所述主浮体的前后部分别设置有一双左右对称并排的柱形台阶孔。

6、优选地，所述摩擦纳米发电机和/或双向空气透平发电机的电流输出端并联后连接至整流器的电流输入端，所述整流器的电流输出端电性连接至电源管理模块，所述电源管理模块电性连接有蓄电池和船上用电设备。

7、优选地，所述双向空气透平发电机作为自驱动平衡传感器使用，所述双向空气透平发电机的电流输出端电性连接船体控制器的电流输入端，所述船体控制器电性连接有船体平衡调节机构。

8、优选地，所述上定子涡轮和下定子涡轮的中心孔内均固定嵌设有陶瓷轴承，所述转轴的外侧面与陶瓷轴承的内侧面转动配合。

9、优选地，所述转子涡轮的外周具有若干个等间隔分布的旋翼叶片，所述旋翼叶片的厚度由中部向上下两端逐渐变薄，所述旋翼叶片的压力侧轮廓线为凸向吸力侧的圆弧，所述旋翼叶片的吸力侧轮廓线为凹向压力侧的椭圆弧。

10、优选地，所述上定子涡轮的外周具有若干个等间隔分布的上导流叶片，所述下定子涡轮的外周具有若干个等间隔分布的下导流叶片，所述上导流叶片和下导流叶片靠近转子涡轮的一端弧度线均为直线，所述上导流叶片和下导流叶片远离转子涡轮的一端弧度线均为圆弧。

11、优选地，所述上定子涡轮的上部设有向上凸的上半椭球型导流部，所述下定子涡轮的下部设有向下凸的下半椭球型导流部。

12、优选地，所述介电层为氟化异丙烯薄膜、聚偏氟乙烯薄膜或聚四氟乙烯薄膜。

13、优选地，所述金属电极片为金电极片、银电极片、铜电极片或铝电极片。

14、本发明具有以下有益效果：

15、（1）高效收集和转换波浪能：本发明将摩擦纳米发电机与主浮体相结合，利用波浪带动主浮体低频机械运动，摩擦纳米发电机能够有效地将捕获到的机械运动转换为电能，表现优异，解决了传统发电机在低频情况下能量转换效率低下的问题；同时在主浮体的前后部分别设置双向空气透平发电机，利用波浪的机械能量使得双向空气透平发电机发电，增加机械能的捕获效率；

16、（2）环境友好：本发明不需要依赖化石燃料，对环境没有污染，符合可再生能源发展的趋势，具有很强的环保优势；

17、（3）广泛适用性：本发明的主浮体结合了摩擦纳米发电机，可以在海洋环境下工作，并且适用于各种规模的波浪能应用，从近岸小规模应用到大洋深处的大规模波浪能发电；

18、（4）低成本和维护：相对于传统的波浪能发电装置，本发明有效减少了复杂的机械部件数量和相关成本，同时摩擦纳米发电机相对简易的制造和维护也降低了总体成本。

技术特征：

1.一种收集波浪能的双柱式摩擦纳米发电装置，其特征在于，包括主浮体、摩擦纳米发电机和双向空气透平发电机，所述主浮体的中部设置有凹槽，所述凹槽内固定安装有若干个并联连接的摩擦纳米发电机，所述主浮体的前后部分别设置有至少一个柱形台阶孔，所述柱形台阶孔的台阶上方活动安装有双向空气透平发电机；

2.根据权利要求1所述的一种收集波浪能的双柱式摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述主浮体为船体。

3.根据权利要求1所述的一种收集波浪能的双柱式摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述主浮体的前后部分别设置有一双左右对称并排的柱形台阶孔。

4.根据权利要求1所述的一种收集波浪能的双柱式摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述摩擦纳米发电机和/或双向空气透平发电机的电流输出端并联后连接至整流器的电流输入端，所述整流器的电流输出端电性连接至电源管理模块，所述电源管理模块电性连接有蓄电池和船上用电设备。

5.根据权利要求1所述的一种收集波浪能的双柱式摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述双向空气透平发电机作为自驱动平衡传感器使用，所述双向空气透平发电机的电流输出端电性连接船体控制器的电流输入端，所述船体控制器电性连接有船体平衡调节机构。

6.根据权利要求1所述的一种收集波浪能的双柱式摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述上定子涡轮和下定子涡轮的中心孔内均固定嵌设有陶瓷轴承，所述转轴的外侧面与陶瓷轴承的内侧面转动配合。

7.根据权利要求1所述的一种收集波浪能的双柱式摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述转子涡轮的外周具有若干个等间隔分布的旋翼叶片，所述旋翼叶片的厚度由中部向上下两端逐渐变薄，所述旋翼叶片的压力侧轮廓线为凸向吸力侧的圆弧，所述旋翼叶片的吸力侧轮廓线为凹向压力侧的椭圆弧。

8.根据权利要求1所述的一种收集波浪能的双柱式摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述上定子涡轮的外周具有若干个等间隔分布的上导流叶片，所述下定子涡轮的外周具有若干个等间隔分布的下导流叶片，所述上导流叶片和下导流叶片靠近转子涡轮的一端弧度线均为直线，所述上导流叶片和下导流叶片远离转子涡轮的一端弧度线均为圆弧。

9.根据权利要求1所述的一种收集波浪能的双柱式摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述上定子涡轮的上部设有向上凸的上半椭球型导流部，所述下定子涡轮的下部设有向下凸的下半椭球型导流部。

10.根据权利要求1所述的一种收集波浪能的双柱式摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述介电层为氟化异丙烯薄膜、聚偏氟乙烯薄膜或聚四氟乙烯薄膜；所述金属电极片为金电极片、银电极片、铜电极片或铝电极片。

技术总结
本发明涉及一种收集波浪能的双柱式摩擦纳米发电装置，属于摩擦发电机领域，包括主浮体，主浮体中部固定有摩擦纳米发电机，主浮体前后部分别设有柱形台阶孔，柱形台阶孔安装有双向空气透平发电机，双向空气透平发电机包括上定子涡轮、转子涡轮、下定子涡轮、定子筒形外壳和转子柱形外壳，上定子涡轮和下定子涡轮转动安装在转轴上，转子涡轮固定在转轴上并位于上定子涡轮和下定子涡轮之间，定子筒形外壳固定套设于上定子涡轮和下定子涡轮外侧，转轴上端与转子柱形外壳的顶板固定连接，转子柱形外壳转动套设在定子筒形外壳外侧，转子柱形外壳内侧壁固定有介电层，定子筒形外壳外侧壁固定有与介电层摩擦发电的金属电极片。本发明高效地利用了波浪能。

技术研发人员：杨绍辉,张成卓,涂勇强
受保护的技术使用者：集美大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23