CN112532103B - 一种海洋能量收集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种海洋能量收集装置，涉及海洋能发电技术领域，包括第一摩擦组件、第二摩擦组件、重心调整组件和控制储能组件，第一摩擦组件、第二摩擦组件和重心调整组件由外至内依次设置，控制储能组件设置于重心调整组件上，第一摩擦组件包括由外至内依次设置的球形外壳、第一电极层和第一摩擦层，第二摩擦组件包括由内至外依次设置的不倒翁壳体、第二电极层和第二摩擦层，重心调整组件固定于不倒翁壳体中，第一摩擦组件和第二摩擦组件能够摩擦生电，第一电极层、第二电极层和重心调整组件均与控制储能组件连接。本发明提供的海洋能量收集装置结构简单，在实现自供电的基础上能够持续稳定地对各类传感器进行供电，免去更换电池的繁琐步骤。

Description

一种海洋能量收集装置
技术领域
本发明涉及海洋能发电技术领域，特别是涉及一种海洋能量收集装置。
背景技术
随着对能源的需求不断增加，清洁、可再生能源的利用成为当今的研究热点。火力发电对环境的危害和能源的消耗是不可逆的，而海洋中包含了大量可再生能源，利用潮汐能、波浪能等海洋能源进行发电，对实现可持续发展具有重要意义。
中国作为一个海洋大国，对海洋的勘探不断深入，各类海洋传感器的供能往往依赖太阳能发电或者化学电池供电。但是，海上天气往往变化莫测，利用太阳能不能够持续稳定供电，而化学电池，涉及到更换问题，操作繁琐，成本过高。利用波浪能进行发电能够持续稳定的对各类传感器进行供电，这对于海洋科学研究以及国防建设是极其重要的。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种海洋能量收集装置，结构简单，在实现自供电的基础上能够持续稳定地对各类传感器进行供电，免去更换电池的繁琐步骤。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种海洋能量收集装置，包括第一摩擦组件、第二摩擦组件、重心调整组件和控制储能组件，所述第一摩擦组件、所述第二摩擦组件和所述重心调整组件由外至内依次设置，所述控制储能组件设置于所述重心调整组件上，所述第一摩擦组件包括由外至内依次设置的球形外壳、第一电极层和第一摩擦层，所述第二摩擦组件包括由内至外依次设置的不倒翁壳体、第二电极层和第二摩擦层，所述重心调整组件固定于所述不倒翁壳体中，所述第一摩擦组件和所述第二摩擦组件能够摩擦生电，所述第一电极层、所述第二电极层和所述重心调整组件均与所述控制储能组件连接。
优选地，所述第一电极层设置于所述球形外壳的内壁上，所述第二电极层设置于所述不倒翁壳体下部的外壁上。
优选地，所述第一摩擦层包括多个等间距横竖交错设置的第一摩擦带，所述第二摩擦层包括多个等间距横竖交错设置的第二摩擦带。
优选地，所述第一摩擦带的宽度与相邻的两个所述第一摩擦带之间的间距相同，所述第二摩擦带的宽度与相邻的两个所述第二摩擦带之间的间距相同，所述第二摩擦带的宽度与所述第一摩擦带的宽度相同。
优选地，所述重心调整组件包括由上至下依次连接的上存储容器、导管和下存储容器，所述导管伸至所述下存储容器的底部，所述下存储容器中设置有低沸点液体，所述下存储容器的上部覆盖有电热丝，所述电热丝与所述控制储能组件连接，所述控制储能组件设置于所述下存储容器上，所述下存储容器固定于所述不倒翁壳体中。
优选地，所述下存储容器下端的外壁与所述不倒翁壳体相贴合。
优选地，所述控制储能组件包括整流桥、储能部件、单片机和陀螺仪，所述第一电极层、所述第二电极层、所述储能部件和所述单片机均与所述整流桥连接，所述储能部件与所述电热丝连接，所述电热丝和所述陀螺仪均与所述单片机连接。
优选地，所述储能部件为锂电池，所述低沸点液体为乙醚。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的海洋能量收集装置，包括第一摩擦组件、第二摩擦组件、重心调整组件和控制储能组件，第一摩擦组件包括由外至内依次设置的球形外壳、第一电极层和第一摩擦层，第二摩擦组件包括由内至外依次设置的不倒翁壳体、第二电极层和第二摩擦层。球形外壳可以在海水的冲击下进行任意方向旋转，能不限方向收集海浪进行发电，内部的不倒翁壳体可以保持持续的往复运动，由此产生的相对位移使得第一摩擦组件和第二摩擦组件进行发电，采用摩擦起电原理能够很好地收集低频能量；对于海浪的不确定性，采用不倒翁壳体与重心调整组件，可以很好地改善发电效率与稳定性，提供稳定的电力输出；该装置结构简单，灵活简便，在完全实现自供电的基础上能够持续稳定地对各类海洋智能传感器进行供电，免去更换电池的繁琐步骤，同时利用海洋能源更加环保。
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的海洋能量收集装置的结构示意图；
图2为本发明提供的海洋能量收集装置中第一摩擦组件的结构示意图；
图3为本发明提供的海洋能量收集装置中第二摩擦组件的结构示意图；
图4为本发明提供的海洋能量收集装置的发电原理图；
图5为本发明提供的海洋能量收集装置中重心调整组件的结构示意图；
图6为本发明提供的海洋能量收集装置中重心调整组件的工作状态示意图；
图7为本发明提供的海洋能量收集装置中控制储能组件的电路连接示意图。
附图标记说明：100、海洋能量收集装置；1、第一摩擦组件；101、球形外壳；102、第一电极层；103、第一摩擦层；1031、第一摩擦带；2、第二摩擦组件；201、不倒翁壳体；202、第二电极层；203、第二摩擦层；2031、第二摩擦带；3、重心调整组件；301、上存储容器；302、导管；303、下存储容器；304、低沸点液体；305、电热丝；4、控制储能组件；401、整流桥；402、储能部件；403、单片机；404、陀螺仪。
具体实施方式
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。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。
本发明的目的是提供一种海洋能量收集装置，结构简单，在实现自供电的基础上能够持续稳定地对各类传感器进行供电，免去更换电池的繁琐步骤。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-图3所示，本实施例提供一种海洋能量收集装置100，包括第一摩擦组件1、第二摩擦组件2、重心调整组件3和控制储能组件4，第一摩擦组件1、第二摩擦组件2和重心调整组件3由外至内依次设置，控制储能组件4设置于重心调整组件3上，控制储能组件4同时能够充当质量块，第一摩擦组件1包括由外至内依次设置的球形外壳101、第一电极层102和第一摩擦层103，第二摩擦组件2包括由内至外依次设置的不倒翁壳体201、第二电极层202和第二摩擦层203，重心调整组件3固定于不倒翁壳体201中，第一摩擦组件1和第二摩擦组件2能够摩擦生电，第一摩擦组件1和第二摩擦组件2组成摩擦单元，第一电极层102、第二电极层202和重心调整组件3均与控制储能组件4连接。
球形外壳101可以在海水的冲击下进行任意方向旋转，能不限方向收集海浪进行发电，内部的不倒翁壳体201可以保持持续的往复运动，由此产生的相对位移使得第一摩擦组件1和第二摩擦组件2进行发电，采用摩擦起电原理能够很好地收集低频能量。逆向利用了不倒翁壳体201，利用不倒翁壳体201在保持不倒过程中不断晃动的特性进一步提高了对海浪的利用效率，对于海浪的不确定性，采用不倒翁壳体201与重心调整组件3，可以很好地改善发电效率与稳定性，提供稳定的电力输出；该装置结构简单，灵活简便，在完全实现自供电的基础上能够持续稳定地对各类海洋智能传感器进行供电，免去更换电池的繁琐步骤，同时利用海洋能源更加环保。
第一电极层102设置于球形外壳101的内壁上，具体地，第一电极层102铺满球形外壳101的内壁。第二电极层202设置于不倒翁壳体201下部的外壁上，具体地，第二电极层202铺满不倒翁壳体201总高度1/3的范围，不倒翁壳体201的下部指的是不倒翁壳体201重心所在的部分。
为了第一摩擦组件1与第二摩擦组件2配合，产生较大的发电效率，第一电极层102和第二电极层202可选用任意导电性良好的金属，如银、铜、铝等。第一摩擦层103可选用任意摩擦电序列中得电子能力较强的非金属材料，如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等。第二摩擦层203可选用任意摩擦电序列中失电子能力较强的非金属材料，如乙基纤维素、尼龙、羊毛等。
于本具体实施例中，球形外壳101选用亚克力材质，第一电极层102选用铜电极，第一摩擦层103选用聚四氟乙烯。不倒翁壳体201选用亚克力材质，第二电极层202选用铜电极，第二摩擦层203选用尼龙。
第一摩擦层103包括多个等间距横竖交错设置的第一摩擦带1031，第二摩擦层203包括多个等间距横竖交错设置的第二摩擦带2031。第一摩擦层103和第二摩擦层203采用交替排布，能够更好的对不同程度的海浪进行能量收集，提升了发电效率。
第一摩擦带1031的宽度与相邻的两个第一摩擦带1031之间的间距相同，第二摩擦带2031的宽度与相邻的两个第二摩擦带2031之间的间距相同，第二摩擦带2031的宽度与第一摩擦带1031的宽度相同。
具体地，本实例采用球形外壳101横截面周长的1/16作为第一摩擦层103中每条第一摩擦带1031的宽度尺寸。需要说明的是，可以根据实际情况调整第一摩擦带1031的宽度和数量。
如图4所示，最初放置时第一摩擦层103与第二摩擦层203是不接触的。当海浪冲击时，球形外壳101会发生旋转，而不倒翁壳体201会始终保持重心向下，仅在小范围发生左右摇摆，第一摩擦组件1与第二摩擦组件2便会不断产生摩擦。当第一摩擦层103与第二摩擦层203完全接触时，第一摩擦层103表面负电荷数量达到最大，第二摩擦层203表面正电荷数量达到最大；球形外壳101继续旋转，第一摩擦层103与第二摩擦层203发生分离，第一电极层102和第二电极层202为了平衡电势差，产生感应电流；当第一摩擦层103与第二摩擦层203完全分离，电流达到最大；球形外壳101继续旋转，第一摩擦层103与第二摩擦层203再次接触，电势差变小，外电路产生反向电流。在海浪的冲击下，上述过程不断循环，本实施例中的海洋能量收集装置100便可持续发电。
如图5所示，重心调整组件3包括由上至下依次连接的上存储容器301、导管302和下存储容器303，下存储容器303中设置有低沸点液体304，下存储容器303的上部覆盖有电热丝305，电热丝305与控制储能组件4连接，控制储能组件4设置于下存储容器303上，下存储容器303固定于不倒翁壳体201中，导管302伸至下存储容器303的底部，且使得低沸点液体304的液面高于导管302的底端，实现液封，利用易挥发的低沸点液体304，通过电热丝305加热，在很小的温差下，便可在上存储容器301和下存储容器303中产生较大的压强差，进而将液体压向上存储容器301，改变整体的重心，进而实现控制不倒翁壳体201摇摆的目的。
具体地，低沸点液体304的体积占下存储容器303容积的1/2，电热丝305的下部高于低沸点液体304的高度1-3mm。本实施例中的低沸点液体304为乙醚。
于本具体实施例中，下存储容器303采用下圆上方的结构，下存储容器303下端的外壁与不倒翁壳体201相贴合。上存储容器301为圆球状壳体。
如图7所示，控制储能组件4包括整流桥401、储能部件402、单片机403和陀螺仪404，第一电极层102、第二电极层202、储能部件402和单片机403均与整流桥401连接，储能部件402与电热丝305连接，电热丝305和陀螺仪404均与单片机403连接。通过设置储能部件402对风浪较大时产生的多余能量进行储存，在风浪较小时，向重心调整组件3供电，通过改变不倒翁壳体201的重心控制其摇摆的幅度，进而提升发电效率，以保持对外供电的稳定性。于本具体实施例中，储能部件402为锂电池。
具体地，第一摩擦组件1和第二摩擦组件2组成的摩擦单元经过整流桥401与储能部件402连接，当风浪较大的时候发电效率高，可对多余的能量进行储存。同时，使用整流后的电能对单片机403和陀螺仪404进行供电。当风浪较小的时候，控制储能组件4的陀螺仪404检测到不倒翁壳体201的摇摆幅度小于22.5度(360/16度，即一次摆动不能完整横跨一个摩擦带)，单片机403控制重心调整组件3开始工作，使用储能部件402中储存的电能给电热丝305供电，因为乙醚的沸点只有34.5摄氏度，只需要一点点能量便能挥发。如图6所示，电热丝305加热，乙醚迅速蒸发，下存储容器303内的压强迅速增大，乙醚通过导管302被挤压至上存储容器301，此时重心改变，使得不倒翁壳体201摇摆幅度增大，摩擦单元的效率提升，当陀螺仪404检测到不倒翁壳体201摇摆幅度大于33.75度(22.5×1.5度)时，停止加热，即在保证发电效率的同时节省储能部件402中储存的电能，通过设置重心调整组件3实现了自动调节发电效率。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种海洋能量收集装置，其特征在于，包括第一摩擦组件、第二摩擦组件、重心调整组件和控制储能组件，所述第一摩擦组件、所述第二摩擦组件和所述重心调整组件由外至内依次设置，所述控制储能组件设置于所述重心调整组件上，所述第一摩擦组件包括由外至内依次设置的球形外壳、第一电极层和第一摩擦层，所述第二摩擦组件包括由内至外依次设置的不倒翁壳体、第二电极层和第二摩擦层，所述重心调整组件固定于所述不倒翁壳体中，所述第一摩擦组件和所述第二摩擦组件能够摩擦生电，所述第一电极层、所述第二电极层和所述重心调整组件均与所述控制储能组件连接；所述重心调整组件包括由上至下依次连接的上存储容器、导管和下存储容器，所述导管伸至所述下存储容器的底部，所述下存储容器中设置有低沸点液体，所述下存储容器的上部覆盖有电热丝，所述电热丝与所述控制储能组件连接，所述控制储能组件设置于所述下存储容器上，所述下存储容器固定于所述不倒翁壳体中；所述控制储能组件包括整流桥、储能部件、单片机和陀螺仪，所述第一电极层、所述第二电极层、所述储能部件和所述单片机均与所述整流桥连接，所述储能部件与所述电热丝连接，所述电热丝和所述陀螺仪均与所述单片机连接。
2.根据权利要求1所述的海洋能量收集装置，其特征在于，所述第一电极层设置于所述球形外壳的内壁上，所述第二电极层设置于所述不倒翁壳体下部的外壁上。
3.根据权利要求2所述的海洋能量收集装置，其特征在于，所述第一摩擦层包括多个等间距横竖交错设置的第一摩擦带，所述第二摩擦层包括多个等间距横竖交错设置的第二摩擦带。
4.根据权利要求3所述的海洋能量收集装置，其特征在于，所述第一摩擦带的宽度与相邻的两个所述第一摩擦带之间的间距相同，所述第二摩擦带的宽度与相邻的两个所述第二摩擦带之间的间距相同，所述第二摩擦带的宽度与所述第一摩擦带的宽度相同。
5.根据权利要求1所述的海洋能量收集装置，其特征在于，所述下存储容器下端的外壁与所述不倒翁壳体相贴合。
6.根据权利要求1所述的海洋能量收集装置，其特征在于，所述储能部件为锂电池，所述低沸点液体为乙醚。
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