CN107342709A - 一种同时收集气体机械能和热能的复合能源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新能源技术领域，提供了一种同时收集气体机械能和热能的复合能源系统，包括摩擦发电模块和热电发电模块；摩擦发电模块用于收集气体机械能并将所述气体机械能转化为电能；热能发电模块用于收集气体热能并将所述气体热能转化为电能；热电发电模块设置在摩擦发电模块的上下两个面；摩擦发电模块包括依次堆叠的第一电极层、振动摩擦层、第二电极层；热电发电模块为由P型和N型半导体热电材料按一定方式组成的热电转换器件。本发明有益效果为：通过优化结构设计，构建了复合能源系统，可以实现气体机械能和热能同时收集，具有体积小、成本低、发电效率高等特点，适于推广应用。

Description

一种同时收集气体机械能和热能的复合能源系统
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，特别涉及一种同时收集气体机械能和热能的复合能源系统。
背景技术
风是一种潜力很大的新能源，目前风能收集的主要方式是风力发电。风力发电的工作原理是风轮在风力的作用下旋转，把风的动能转变为风轮轴的机械能，发电机在风轮轴的带动下旋转发电。风力发电机一般由风轮、发电机、调向器、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。风力发电具有清洁、绿色环保、可再生的特点，越来越受到世界各国的广泛关注。但是传统风力发电机占用大片土地、噪声大，而且建造和维修成本高，制约了其规模化推广和使用。除了机械能，气体也具有一定的热能。
热电发电作为常用的热能收集方式，提高高温与低温端的温差将移动的热能转变成电能，使其发电。
但是，通常风力发电和热电发电是两个完全独立的模块，很难同时使用两种发电模块，把两者结合以达到优势互补的效果。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种同时收集气体机械能和热能的复合能源系统，有效提高了能量转化效率。
本发明的技术方案为：
一种同时收集气体机械能和热能的复合能源系统，其特征在于，包括摩擦发电模块和热电发电模块；
所述摩擦发电模块用于收集气体机械能并将所述气体机械能转化为电能；
所述热能发电模块用于收集气体热能并将所述气体热能转化为电能；
所述热电发电模块设置在所述摩擦发电模块的上下两个面；当气体通过通气口时，所述复合能源系统收集气体的热能和机械能进行发电。
进一步的，所述热电发电模块包括2个热电发电机，2个所述热电发电机分别设置于所述摩擦发电模块的上、下表面，2个所述热电发电机通过串联或并联方式连接。
进一步的，所述热电发电机为由P型和N型半导体热电材料按一定方式组成的热电转换器件。
进一步的，将所述P型和N型半导体热电材料结合的一端置于高温端，另一端置于低温端；基于温差发电原理，空穴和电子由高温端向低温端扩散，从而在低温端形成电势差，将热能转换成电能。
进一步的，所述摩擦发电模块包括依次堆叠的第一电极层、振动摩擦层、第二电极层，所述振动摩擦层和所述第一电极层、所述振动摩擦层和第二电极层之间均设有垫片层，从而形成通气口。
进一步的，所述第一电极层、振动摩擦层、第二电极层、垫片层的两端各自具有通孔，并通过固定部件穿过通孔进行固定。当气体经过通气孔时，带动振动摩擦层在第一电极层和第二电极层之间上下来回振动，由于静电感应效应，在第一电极层和第二电极层之间产生周期性电势差，从而将机械能转换成电能。
进一步的，所述第一电极层和第二电极层均为导电性高的金属薄膜，所述振动摩擦层的材料为聚合物薄膜，所述垫片的材料为亚克力板，所述固定部件为螺栓和螺母。
进一步的，所述第一电极层和第二电极层均为厚度50微米的铝箔，所述振动摩擦层为厚度30微米的聚四氟乙烯薄膜，所述垫片层为厚度1厘米的亚克力板。
本发明的有益效果为：通过优化结构设计，构建了复合能源系统，可以实现气体机械能和热能同时收集，具有体积小、成本低、发电效率高等特点，适于推广应用。
附图说明
图1所示为本发明实施例一种同时收集气体机械能和热能的复合能源系统的结构截面示意图。
图2所示为摩擦发电模块的工作原理图。
图3所示为热电发电机的工作原理图。
其中：1-热电发电机、2-第一电极层、3-振动摩擦层、4-第二电极层、5-垫片层、6-固定部件。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
如图1所示，本发明实施例一种同时收集气体机械能和热能的复合能源系统，包括摩擦发电模块和热电发电模块；
所述摩擦发电模块用于收集气体机械能并将所述气体机械能转化为电能；
所述热能发电模块用于收集气体热能并将所述气体热能转化为电能；
所述热电发电模块设置在所述摩擦发电模块的上下两个面；当气体通过通气口时，所述复合能源系统收集气体的热能和机械能进行发电。
优选的，所述热电发电模块包括2个热电发电机1，2个所述热电发电机1分别设置于所述摩擦发电模块的上、下表面，2个所述热电发电机1通过串联或并联方式连接。
优选的，所述热电发电机1为由P型和N型半导体热电材料按一定方式组成的热电转换器件。将所述P型和N型半导体热电材料结合的一端置于高温端，另一端置于低温端；基于温差发电原理，空穴和电子由高温端向低温端扩散，从而在低温端形成电势差，将热能转换成电能。
优选的，所述摩擦发电模块包括依次堆叠的第一电极层2、振动摩擦层3、第二电极层4，所述振动摩擦层3和所述第一电极层2、所述振动摩擦层3和第二电极层4之间均设有垫片层5，从而形成通气口。所述第一电极层2、振动摩擦层3、第二电极层4、垫片层5的两端各自具有通孔，并通过固定部件6穿过通孔进行固定。当气体经过通气孔时，带动振动摩擦层3在第一电极层2和第二电极层4之间上下来回振动，由于静电感应效应，在第一电极层2和第二电极层4之间产生周期性电势差，从而将机械能转换成电能。
优选的，所述第一电极层2和第二电极层4均为导电性高的金属薄膜，所述振动摩擦层3的材料为聚合物薄膜，所述垫片层5的材料为亚克力板，所述固定部件6为螺栓和螺母。
进一步优选，所述第一电极层2和第二电极层4均为厚度50微米的铝箔，所述振动摩擦层3为厚度30微米的聚四氟乙烯薄膜，所述垫片层5为厚度1厘米的亚克力板。
摩擦发电模块的工作原理如图2所示，在气体流动驱动下，振动摩擦层3在第一电极层2和第二电极层4之间来回振动接触，发生摩擦起电效应，振动摩擦层3的表面带负电荷，第一电极层2和第二电极层4的表面带正电荷。当振动摩擦层3向第一电极层2靠近时，由于静电感应效应，第二电极层4比第一电极层2的电势高，驱动外电路中产生正向电流；当振动摩擦层3向第二电极层4靠近时，产生方向相反的电势差，在外电路中产生反向电流，因此产生周期性交流电。
热电发电机1的工作原理如图3所示，由于气体温度比外界温度高，当气体经过通气口时，将P型和N型半导体热电材料结合的一端置于高温端，另一端为低温端，基于温差发电原理，空穴和电子由高温向低温端扩散，从而在低温端形成电势差，将热能转换成电能。
在实际应用中，可利用工业废气为高温端提供热量，装有海水、自来水等流动的水源的散热器为低温端散热降温。
本发明的有益效果为：通过优化结构设计，构建了复合能源系统，可以实现气体机械能和热能同时收集，具有体积小、成本低、发电效率高等特点，适于推广应用。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (8)

1.一种同时收集气体机械能和热能的复合能源系统，其特征在于，包括摩擦发电模块和热电发电模块；
所述摩擦发电模块用于收集气体机械能并将所述气体机械能转化为电能；
所述热能发电模块用于收集气体热能并将所述气体热能转化为电能；
所述热电发电模块设置在所述摩擦发电模块的上下两个面。
2.如权利要求1所述的复合能源系统，其特征在于，所述热电发电模块包括2个热电发电机，2个所述热电发电机分别设置于所述摩擦发电模块的上、下表面，2个所述热电发电机通过串联或并联方式连接。
3.如权利要求1或2所述的复合能源系统，其特征在于，所述热电发电机为由P型和N型半导体热电材料按一定方式组成的热电转换器件。
4.如权利要求3所述的复合能源系统，其特征在于，将所述P型和N型半导体热电材料结合的一端置于高温端，另一端置于低温端；基于温差发电原理，空穴和电子由高温端向低温端扩散，从而在低温端形成电势差，将热能转换成电能。
5.如权利要求1所述的复合能源系统，其特征在于，所述摩擦发电模块包括依次堆叠的第一电极层、振动摩擦层、第二电极层，所述振动摩擦层和所述第一电极层、所述振动摩擦层和第二电极层之间均设有垫片层，从而形成通气口。
6.如权利要求5所述的复合能源系统，其特征在于，所述第一电极层、振动摩擦层、第二电极层、垫片层的两端各自具有通孔，并通过固定部件穿过通孔进行固定。
7.如权利要求5或6所述的复合能源系统，其特征在于，所述第一电极层和第二电极层均为导电性高的金属薄膜，所述振动摩擦层的材料为聚合物薄膜，所述垫片层的材料为亚克力板，所述固定部件为螺栓和螺母。
8.如权利要求7所述的复合能源系统，其特征在于，所述第一电极层和第二电极层均为厚度50微米的铝箔，所述振动摩擦层为厚度30微米的聚四氟乙烯薄膜，所述垫片层为厚度1厘米的亚克力板。
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