CN105958859B - 流体动力纳米发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流体动力纳米发电机，主要由滤风罩、加热器、风门机构、机架、保温层、发电单元矩阵块、阻风门及调节器、蓄电池、仪表和控制系统及供电回路组成；本发明具有清洁环保、安全可靠、成本低廉等优点。

Description

流体动力纳米发电机

背景技术

本发明涉及一种利用流体运动(主要指气体)产生的作用力结合纳米技术进行发电的装置，特别涉及一种以流体运动能量为动力的纳米发电机。目前人类社会现有能源主要有煤炭、石油、天然气、页岩气、可燃冰、潮汐、波浪、海流、地热、太阳能、风能、水能、生物能、机械能和核能等；随着人类对自然矿物资源不断地的开发，其储量逐年的减少，并有枯竭的的趋势。由于风能和太阳能的不稳定和开发技术的局限，效力低，成本高，结构复杂，难于形成大规模运用。流体动力纳米发电机是利用设备移动产生的风力产生的能量进行发电，结构简单，造价低，效率高，运用广，具有大规模运用的前景。中国科学院纳米研究所公开的摩擦纳米发电机是一种基于压电材料的纳米线，纳米薄膜、纳米纤维等单元结构，利用材料自身的压电效应实现了将各种形式的机械能转化为可利用的电能的目的，并未涉及到流体动力纳米发电机的构造方案及其应用。

技术领域

本发明的目的在于系统的提供一种将取之不尽、用之不竭的自然流体动力的机械能转换成电能的新型的发电机，该发电机是一种无燃料，无污染、无噪音，无碳排、清洁环保，安全可靠，成本低廉，效能倍增的纳米发电机。流体动力纳米发电机由若干具有纳米材料和技术制成的发电单元，发电单元在微风、声音、摩擦、推力、按压或振动作用下，发电单元结构平面发生微量变形导致正负极接触和分开产生电荷。流体动力纳米发电机按照用途可以分为移动和固定两种类型气体动力纳米发电机。

发明内容

本发明的目的是通过以下技术方案实现的气体动力纳米发电机。

1、移动型

该类型主要适用于公路、轨道、水面(船舶)、空中交通工具，气体动力纳米发电机功能是利用交通工具或移动设备的移动风力、声音、振动等资源，并将该类自然资源与纳米技术相结合持续不断的产生电能。

气体动力纳米发电机主要由滤风罩、加热器、风门机构、机架、保温层、发电单元矩阵块、阻风门及调节器、蓄电池和控制系统及供电回路组成。

滤风罩安装在加热器的前部、由罩壳和金属丝网制成，主要功能是阻止空中飞行物和漂浮物进入发电机内部，堵塞气流空间。

加热器安装在风罩的后面，风门机构的前部、主要由罩壳、电阻丝等构成，该装置用于寒冷地区的冬季的防冻和保温，可防止雨水结冰和飞雪堵塞，影响发电机正常工作。

风门机构安装在加热器的后部和发电机机架的前部，主要有微型电机、传动轴，非金属风门和轴承等构成，主要功能是保证发电机进行高频率充气和断气。

机架是发电机的框架，安装在风门机构的后部，内部装有若干纳米发电机单元矩阵块。

保温层安装在机架的四周表面、防止发电机内部温度过低而结冰。

发电单元矩阵块安装在机架内部，是纳米发电机主体；纳米发电机是由若干发电单元矩阵块、侧边定位板，中间定位板、不锈钢底板等构成。发电单元矩阵块是由若干发电单元矩阵组成，发电单元矩阵由若干发电单元组成，发电单元是电能产生的基本单位。纳米发电机发电单元是由微米级厚度的高分子薄膜材料和纳米级薄膜及氧化合金电极材料制成。连在一起的两块薄片正负电极板，在风力、声音、振动的摩擦、按压、推力作用下，使其表面发生机械变形、位移和接触。发电单元运动产生感应电荷分离并形成电势差，流向外电路形成电流。

纳米发电机发电单元可以分单倍率、双倍率和多倍率。单倍率发电单元为一组产生电荷的正负电极；双倍率发电单元为二组产生电荷的正负电极，它们是复合结构，其产生的电荷将增加一倍；多倍率发电单元为若干组产生电荷的正负电极，其产生的电荷为若干倍。

纳米发电机是由若干发电单元矩阵块构成，发电单元矩阵块是由若干发电单元矩阵组成。纳米发电机发电单元和发电单元矩阵为柔性，将单元矩阵用环氧树脂粘贴在不锈钢底板的上下两个面上形成矩阵块。然后将不锈钢底板或矩阵块插入侧边定位板和中间定位板之间，并将矩阵块从上到下依次排列，上下间隔为3毫米左右。

阻风门及调节器安装在机架和发电机的后部，主要由阻风门和调节器组成，阻风门功能是提高作用于发电单元的单位面积的风压和改变风力与发电单元工作面的角度，若高速空气在纳米发电机内部流动时，与纳米发电机发电单元的作用面夹角180度，难于形成足够的压力，从而使发电机的工作效率受到影响。在发电机发电单元的工作面所承受的作用力，不能达到发电所需的受力变形要求时，将阻风门关闭，使发电机内部单位面积的压强增大，同时改变空气作用力的方向，由原来的180度改变为90度；此时发电机内部发电单元工作表面气压处处相等，发电机的发电单元工作面均匀振动或受压变形，使发电单元正负极接触。当压力增加后，推开阻风门，纳米发电机发电单元正负极断开。风力大于纳米发电机发电单元工作面变形的作用力时，阻风门自动打开，风力大小可通过调节器进行调节或控制。

若纳米发电机发电单元在风力、声音、振动等作用下的作用力，足以使发电单元工作面变形使正负电极接触时，阻风门及调节器可以拆除。

若热带或亚热带地区的交通工具可以不考虑或拆除加热器和保温层。

2、固定型

(1)楼式气体动力纳米发电厂主要由滤风罩、加热器、风门机构、机架、保温层、发电单元矩阵、阻风门及调节器、楼式框架，电梯、轻型桥式起重机、扶梯、控制室、电力输送线路和电网等组成。楼式气体动力纳米发电厂可以建设在风力资源、声响资源、振动资源丰富的地区和地点。楼式气体动力纳米发电厂为钢筋混凝土框架结构或钢结构，大楼基础符合建筑设计要求，大楼分为若干层，每层划分若干区域，每个区域划分为若干单位区域，每个单位区域之间有人工维修保养通道，每个单位区域有若干发电机，每层顶部装有轻型电动桥式起重机，发电楼左边安装电梯，右边人行扶梯，发电楼无需墙体，正面有走廊，走廊安装栏杆，后侧和左右侧墙体由栏杆替代。每个发电单元矩阵块包含若干发电单元。发电单元的结构、材料、功能、安装方式与移动气体动力纳米发电机的相同。大楼上部为发电区域，大楼的底部为发电系统转换控制室，转换控制室采用屏蔽方式，减少上下之间的干扰和影响，转换与控制室也可以在发电大楼附近另建。楼式气体动力纳米发电厂与电网之间采用架空输送线路。

(2)柜式气体动力纳米发电机主要由滤风罩、加热器、风门机构、柜式机架、保温层、发电单元矩阵块、阻风门及调节器、仪表、控制系统及供电回路组成。柜式气体动力纳米发电机可以安装在建筑物、构筑物顶部，柜体骨架为型钢焊接，其骨架采用螺栓或电焊与建筑物或构筑物连接固定，在自然风力、声音的作用下流体纳米发电机进行工作。柜子的上部为发电机，下部为控制室，发电柜有若干发电单元矩阵块，每个发电单元矩阵块包含若干发电单元矩阵，每个发电单元矩阵包含若干发电机的发电单元。发电单元的结构、材料、功能、安装方式与气体动力发电机相同。纳米发电机系统输出端与电网连接。

附图说明，通过附图可进一步理解本发明的结构和特点：

图1移动型气体动力纳米发电机主视图

图2移动型气体动力纳米发电机左视图

图3移动型气体动力纳米发电机府视图

图4流体动力纳米发电机A-A剖视图

图5流体动力纳米发电机B-B剖视图

图6移动型气体动力纳米发电机C-C剖视图

图7矩阵型立方状液体动力纳米发电机府视图

图8流体动力纳米发电机发电单元E放大视图

图9流体动力纳米发电机发电单元双倍率E放大视图

图10流体动力纳米发电机发电单元多倍率E放大视图

图11气体动力纳米发电机电气示意图

图12气体动力纳米发电气原理框图

图13液体动力纳米发电机电气示意图

图14固定型楼式气体动力纳米发电厂正面图

图15固定型楼式气体动力纳米发电厂侧面图

图16固定型楼式气体动力纳米发电厂俯视图

图17固定型柜式气体动力纳米发电机正面图

图18固定型柜式气体动力纳米发电机侧面图

图19固定型柜式气体动力纳米发电机俯视图。

图中：1、加热器；2、风门机构；3、气体发电单元矩阵块；4、机架；5、保温层；6、滤风罩；7、阻风门及调节装置；8、侧边定位架；9、金属底板；10、中间定位架；11、固定螺栓；18、纳米发电机发电单元；25、办公室；26、电梯；27、楼状型发电机框架；28、走廊栏杆；29、扶梯；30、系统控制室；31、维保车间；32、侧、后部栏杆；33、滑轨；34、发电机柜式框架。

实施例1：当本发明用于新能源大客车时，移动型气体动力纳米发电机体积为2.3m×2.5m×0.25m，其安装在车辆外部顶端。车辆运行时，利用车顶上的流动空气的风声、风力进行发电；见图1、图2、图3、图6。大客车在北方地区冬季运行时，流动的空气和雪花通过滤风罩6进入电阻丝加热器1融化后再经过风门机构2，微电机带动风门高速旋转，转速频率一般控制在200-600r/min。叶片水平状态时空气进入纳米发电机，叶片垂直状态时空气被切断，瞬间流动空气的声力和风力P振动和挤压发电机发电单元18，发电机的发电单元17为双倍率，见图9。发电单元18表面变形导致正负极接触，而后断开，在闭合与释放的过程中产生电流；这些无限个发电单元18所产生的电流汇聚，图4、图5。经控制系统进行整流稳压等转换成直流电提供给负载；见图11、图12。若进入纳米发电机的风力P与发电单元18的作用面成180°振动和挤压变形不能触动发电单元18，此时阻风门7关闭，进入的发电机的气体单位压强q急剧增加，风力P与发电单元18工作面的作用力方向迅速改变为90°，F是发电单元18工作的所需的力F＝q·A(A为发电单元工作面面积)，在风力P<F时，阻风门关闭，单位面积压强q增加；当风力P>F时，阻风门打开，单位面积压强q消失，风力P的大小可通过阻风门的调节器7控制。

实施例4：当本发明用于上海国际饭店时，固定型柜式气体动力纳米发电机利用建筑物高空的流动空气的风力风声进行发电；柜式气体动力纳米发电机体积为3m×2m×3.6m，其安装饭店顶层外部顶端平台上。柜式框架34为6×60×60角钢焊接，上部为发电机，

下部为控制系统，见图17、图18、图19。框架34内有若干发电单元矩阵块3，发电单元矩阵块3由若干发电单元矩阵组成，发电单元矩阵由若干发电单元18组成，发电机的发电单元18为双倍率，见图9。发电单元的结构、材料、功能、安装方式与气体动力发电机的相同，纳米发电机系统输出端与电网连接。

Claims (3)

1.气体动力纳米发电机，气体动力纳米发电机主要用于公路、轨道、水面、空中交通工具，主要由滤风罩(6)、加热器(1)、风门机构(2)、机架(4)、保温层(5)、发电单元矩阵块(3)、阻风门及调节器(7)、蓄电池、仪表和控制系统及供电回路组成，其特征在于，交通工具采用气体动力纳米发电机，寒冷地带空气气流通过滤风罩(6)将飞行物或空气中的杂物过滤进入加热器(1)，加热器(1)由电阻丝制成，将进入的雪花和冰融化，加热后的空气通过风门机构(2)，空气进入发电机后，风力、风声导致纳米发电机发电单元(18)产生轻微的摩擦、推挤、按压或振动，使发电单元(18)工作表面发生变形、位移；纳米发电机发电单元(18)是由微米级厚度的高分子薄膜材料、纳米线及氧化合金电极材料制成，若干发电单元(18)组成发电单元矩阵，纳米发电机发电单元和发电单元矩阵为柔性，该矩阵用环氧树脂粘贴在金属底板(9)的上下两个面上形成矩阵块(3)，再将矩阵块(3)插入侧边定位板(8)和中间定位板(10)之间，然后将若干矩阵块(3)从上到下依次排列，上下间隔为3毫米，这样由若干矩阵块(3)构成纳米发电机，保温层(5)安装在机架的四周表面、防止发电机内部温度过低而结冰，若空气在纳米发电机内部流动时，与纳米发电机发电单元的作用面平行，难于形成足够的压力、振幅和位移，从而使发电机的工作效率受到影响，此时将阻风门(7)关闭，发电单元(18)工作面的单位压强增大，空气气流作用力的方向由原来的180度改变为90度，使发电机的发电单元(18)工作面均匀受压而使正负电极接触，风力大于发电单元工作的作用力时，阻风门自动打开，风力通过调节器(7)进行调节或控制；

纳米发电机发电单元(18)为单倍率，单倍率发电单元为一组产生电荷的正负电极；

若在热带或亚热带地区的使用，加热器(1)和保温层(5)拆除，若风力或风声摩擦、推挤、按压或振动作用力足以使发电单元的正负电极位移和接触时，阻风门及调节器(7)拆除。

2.根据权利要求1所述的气体动力纳米发电机，其特征在于，气体动力纳米发电机应用在声响资源、振动资源丰富的地区、地点。

3.根据权利要求1-2任一项所述的气体动力纳米发电机，其特征在于，每个发电单元矩阵块是由多个发电单元矩阵组成，发电单元矩阵由多个发电单元组成。

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