CN112202358A

CN112202358A - 一种基于雨能和风能的自供能单元及除尘装置

Info

Publication number: CN112202358A
Application number: CN202011086148.3A
Authority: CN
Inventors: 柳长昕; 刘健豪; 单百川; 徐晓燕; 范宇航; 陈南汐; 徐敏义
Original assignee: Dalian Maritime University
Current assignee: Dalian Maritime University
Priority date: 2020-10-12
Filing date: 2020-10-12
Publication date: 2021-01-08

Abstract

本发明提供一种基于雨能和风能的自供能单元及除尘装置。自供能单元包括若干发电模块以及整流模块；所述发电模块包括以串联方式连接于所述整流单元输入端的雨能摩擦纳米发电机和风致振动薄膜拍打式摩擦纳米发电机；所述雨能摩擦纳米发电机包括防水外壳、设置在所述防水外壳上的PTFE摩擦层以及设置在所述PTFE摩擦层和所述防水外壳之间的一组铝电极；所述风致振动薄膜拍打式摩擦纳米发电机贴敷于所述防水外壳的另一面，包括拍打薄膜、薄铜片电极以及基座，所述拍打薄膜设置在由两片相对设置的所述薄铜片电极之间。本发明利用城市环境中的风能和雨能，实现对雨能和风能的收集再利用，绿色环保。

Description

一种基于雨能和风能的自供能单元及除尘装置

技术领域

本发明涉及应用摩擦纳米发装置的净化除尘领域，具体而言涉及一种基于雨能和风能的自供能单元及除尘装置。

背景技术

近年来，雾霾天气对城市的污染和对人类健康的威胁倍受关注，随着我国社会对于空气PM2.5的广泛关注以及环保部门对于工业排放标准的不断提高，有效治理烟尘排放已成为我国环境保护的重要课题。

清洁能源的使用为解决这一问题提供了新思路。摩擦纳米发电机作为近几年发现的一种新的发电装置，给我们带来了很多便捷。其从环境中收集能量，并将其转化为电能来驱动器件，以构建自供电系统。如何将其应用于治理烟尘的课题中，成为一个值得思考的问题。

本发明设计了一种将风致振动薄膜拍打式摩擦纳米发电机和雨能摩擦纳米发电机相耦合起来作为一个“发电树叶”，基于本专利中风能、雨能两种不同形式的摩擦纳米发电机的输出又设计了一种电源管理模块，能够获取两种不同形式摩擦纳米发电机产生的能量，并将许多发电树叶耦合成一颗发电树，然后再经整流电路、高压电源电路后与高压静电除尘模块相耦合达到城市除尘的目的，同时还能起到修饰城市外观的作用。

发明内容

本发明提供一种基于雨能和风能的自供能单元及除尘装置。将风致振动薄膜拍打式摩擦纳米发电机(TENG，Triboelectric Nanogenerator)和雨能摩擦纳米发电机(IE-TENG，Interfacial Electrification Enabled Triboelectric Nanogenerator)相耦合起来作为一个发电单元，将许多发电单元耦合后再经整流电路、高压电源电路后与高压静电除尘模块相耦合达到除尘目的。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于雨能和风能的自供能单元，包括：若干发电模块以及整流模块；

所述发电模块包括以串联方式连接于所述整流单元输入端的雨能摩擦纳米发电机和风致振动薄膜拍打式摩擦纳米发电机；

所述雨能摩擦纳米发电机包括防水外壳、设置在所述防水外壳上的PTFE摩擦层以及设置在所述PTFE摩擦层和所述防水外壳之间的一组铝电极；

所述风致振动薄膜拍打式摩擦纳米发电机贴敷于所述防水外壳的另一面，包括拍打薄膜、薄铜片电极以及基座，所述拍打薄膜设置在由两片相对设置的所述薄铜片电极之间。

进一步地，设置有雨能摩擦纳米发电机一面的防水外壳上，纵向设置有导水槽。

进一步地，所述薄铜片电极以及基座构成能够容纳拍打薄膜的中空矩形腔室，两侧相通供空气流通。

一种自供能除尘装置，包括荷电单元和集尘单元，还包括一个或多个如上述的自供能单元，利用所述自供能单元输出的电能驱动所述荷电单元和集尘单元工作。

进一步地，所述自供能单元、荷电单元以及集尘单元由上之下依次设置，其中所述自供能单元中设置有雨能摩擦纳米发电机一侧朝上。

进一步地，所述荷电单元为阵列针状电极荷电装置。

进一步地，所述除尘单元为平行板式除尘装置。

进一步地，还包括设置于所述除尘装置下方的集尘抽屉。

本发明设计了一种将风致振动薄膜拍打式摩擦纳米发电机和雨能摩擦纳米发电机相耦合起来的发电单元，能够获取两种不同形式摩擦纳米发电机产生的能量，并将若干发电单元串联起来，再经整流电路、高压电源电路后与高压静电除尘模块相耦合达到城市除尘的目的，同时还能起到修饰城市外观的作用。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明利用城市环境中的风能和雨能的收集和利用，绿色环保。

2、本发明的自供能单元将IE-TENG和WV-TENG耦合在一起，不仅节省了空间，还有效提高了发电效率。

3、本发明的自供能单元可以批量使用，这样能够产生高压电，扩展装置的应用范围。

基于上述理由本发明可在市政规划等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例中除尘景观树发电树叶的雨能摩擦纳米发电机示意图。

图2为实施例中除尘景观树发电树叶的风致振动薄膜拍打式摩擦纳米发电机示意图。

图3为实施例中两种摩擦纳米发电机耦合电路图。

图4为实施例中除尘景观树树干外部结构示意图。

图5为实施例中除尘景观树树干内部结构剖面图。

图中：1、防雨外壳；2、导雨槽；3、雨能摩擦纳米发电机；4、薄铜片电极；5、基座；6、PTFE薄膜；7、密封盖；8、树干外壳；9、集尘抽屉；10、入风口；11、电极板；12、灰斗；13、配重箱。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明提供了一种基于雨能和风能的自供能单元，包括：若干发电模块以及整流模块。发电模块包括以串联方式连接于整流单元输入端的雨能摩擦纳米发电机和风致振动薄膜拍打式摩擦纳米发电机，其中，

雨能摩擦纳米发电机包括防水外壳、设置在所述防水外壳上的PTFE摩擦层以及设置在所述PTFE摩擦层和所述防水外壳之间的一组铝电极。此外，设置有雨能摩擦纳米发电机一面的防水外壳上，还纵向设置有导水槽。

风致振动薄膜拍打式摩擦纳米发电机贴敷于所述防水外壳的另一面，包括拍打薄膜、薄铜片电极以及基座，所述拍打薄膜设置在由两片相对设置的所述薄铜片电极之间。进一步地，所述薄铜片电极以及基座构成能够容纳拍打薄膜的中空矩形腔室，两侧相通供空气流通。

基于上述自供能单元，本发明还一种自供能除尘装置，包括荷电单元和集尘单元，还包括一个或多个如上述的自供能单元，利用自供能单元输出的电能驱动荷电单元和集尘单元工作。

下面通过具体的应用实例对本发明的方案做进一步说明。

实施例1

如图1-5所示，本发明提供了一种树形的自供能除尘装置。不仅可以收集城市环境下风能和雨能转化为电能实现除尘的目的，还可以通过不同的外观设计方案，实现美化城市的功能。具体来说：

本实施例将上述自供能单元设置在景观树的树叶上，将荷电单元以及集尘单元集成设置于景观树的树干内部。

“发电树叶”设置在装置的顶部，如图1所示，将防水外壳1设置为叶片状，其上并列附着有两个雨能摩擦纳米发电机3，雨能摩擦纳米发电机3包括防水外壳、设置在所述防水外壳上的PTFE摩擦层以及设置在所述PTFE摩擦层和所述防水外壳之间的一组铝电极。当雨水在空中下落过程中，由于雨水的电负性小于空气的电负性，雨水失电子带正电，当落在IE-TENG上的摩擦层PTFE上时，由于PTFE具有良好的疏水性，并且将防水外壳倾斜放置，雨水会顺势流下。由于雨水带有正电荷，会在电极上感应出负电荷，为了平衡电势，大地上的电子会沿着接地的导线流到电极内以平衡电势，当雨滴离开IE-TENG时，为平衡电势，电极内的电子会流回大地，这个过程形成交流电。防雨外壳1呈倒V型，方便雨水下落同时不会在外壳上积水。进一步地，防雨外壳1中间位置还设置有导雨槽2，能随时导走外壳上的积水。

如图2所示，为风致振动薄膜拍打式摩擦纳米发电机，其贴敷于防水外壳的另一面，包括拍打薄膜、薄铜片电极以及基座，所述拍打薄膜设置在由两片相对设置的所述薄铜片电极之间。进一步地，所述薄铜片电极以及基座构成能够容纳拍打薄膜的中空矩形腔室，两侧相通供空气流通。具体来说，两个薄铜片电极4通过基座5相互平行固定，PTFE薄膜6在两个电极中间，当有风通过时，PTFE薄膜会在两个电极之间振动拍打，从而形成交流电。

如图3所示是两个不同类型的TENG耦合的电路图。装置可以

如图4和图5所示，除尘装置设置在“树干”部分，“树干”内部与摩擦纳米发电机通过电路连接，其内部设置有用于防止液体渗入的密封盖7，密封盖7下方设置有电极板11，电极板11通电后产生电场，从而对电场内部的灰尘施加作用力，进而达到积尘目的。电极板11下方设置有有灰斗12以及集尘抽屉9，以便及时清理积累的灰尘。树干底部的配重箱用于放置配重13，以稳定整个树体的平衡。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种基于雨能和风能的自供能单元，其特征在于，包括：若干发电模块以及整流模块；

2.根据权利要求1所述的基于雨能和风能的自供能单元，其特征在于，设置有雨能摩擦纳米发电机一面的防水外壳上，纵向设置有导水槽。

3.根据权利要求1所述的基于雨能和风能的自供能单元，其特征在于，所述薄铜片电极以及基座构成能够容纳拍打薄膜的中空矩形腔室，两侧相通供空气流通。

4.一种自供能除尘装置，包括荷电单元和集尘单元，其特征在于，还包括一个或多个如权利要求1所述的自供能单元，利用所述自供能单元输出的电能驱动所述荷电单元和集尘单元工作。

5.根据权利要求4所述的自供能除尘装置，其特征在于，所述自供能单元、荷电单元以及集尘单元由上之下依次设置，其中所述自供能单元中设置有雨能摩擦纳米发电机一侧朝上。

6.根据权利要求4所述的自供能除尘装置，其特征在于，所述荷电单元为阵列针状电极荷电装置。

7.根据权利要求4所述的自供能除尘装置，其特征在于，所述除尘单元为平行板式除尘装置。

8.根据权利要求4所述的自供能除尘装置，其特征在于，还包括设置于所述除尘装置下方的集尘抽屉。