CN113719412B - 可收集多种能量形式的能量收集器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可收集多种能量形式的能量收集器，涉及清洁能源领域，包括连接机构和多个收集器单体，收集器单体包括浮体、风力发电组件、太阳能发电部件和多个固液式摩擦纳米发电组件，浮体中设置有多个安装腔，固液式摩擦纳米发电组件包括外壳、绝缘摩擦内壳和密封部件，各外壳固定于一个安装腔中，外壳包括两个对称设置的感应电极，两个感应电极的对接面之间设置有绝缘层，绝缘摩擦内壳夹持于两个感应电极之间，绝缘摩擦内壳上设置有第一通孔，绝缘摩擦内壳中设置有水，密封部件用于密封第一通孔，多个浮体通过连接机构连接为一体。该能量收集器可以同时收集风能、太阳能以及波浪能，提高了波浪能量的利用效率，增加了整体稳定性。

Description

可收集多种能量形式的能量收集器
技术领域
本发明涉及清洁能源领域，特别是涉及一种可收集多种能量形式的能量收集器。
背景技术
能源动力一直与世界格局和日常生活息息相关。然而，在过去的几十年里，能源消耗迅速增长，造成了严重的能源危机。可再生能源是解决这一问题的一个有希望的解决方案，然而，考虑到地球上的用电需求，水力发电在发电中的份额非常低。水波中现有的能量是广泛分布在地球上的最巨大和最少开发的能源之一，这种清洁能源可以作为减轻化石燃料动力和有害电池严重影响的有效替代能源，但是波浪属于一种低频运动，对于低频运动的能量收集技术效果欠佳，使得海洋、河流和渠道中的能量未得到充分利用。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种可收集多种能量形式的能量收集器，可以同时收集风能、太阳能以及波浪能，提高了波浪能量的利用效率，增加了整体稳定性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种可收集多种能量形式的能量收集器，包括连接机构和多个收集器单体，所述收集器单体包括浮体、风力发电组件、太阳能发电部件和多个固液式摩擦纳米发电组件，所述浮体中设置有多个安装腔，所述固液式摩擦纳米发电组件包括外壳、绝缘摩擦内壳和密封部件，各所述外壳固定于一个所述安装腔中，所述外壳包括两个对称设置的感应电极，两个所述感应电极的对接面之间设置有绝缘层，各所述感应电极的导线能够穿过所述浮体伸至外部，所述绝缘摩擦内壳夹持于两个所述感应电极之间，所述绝缘摩擦内壳上设置有第一通孔，所述绝缘摩擦内壳中设置有水，所述密封部件用于密封所述第一通孔，所述太阳能发电部件设置于所述浮体的上表面，所述风力发电组件安装于所述浮体上，多个所述浮体通过所述连接机构连接为一体。
优选地，所述浮体包括上浮体和下浮体，所述上浮体固定于所述下浮体的上表面，所述太阳能发电部件设置于所述上浮体的上表面，所述风力发电组件安装于所述上浮体上，多个所述下浮体通过所述连接机构连接为一体，所述上浮体的下表面设置有多个上半腔体，所述下浮体的上表面设置有多个下半腔体，所述上半腔体和所述下半腔体一一对应且结构相匹配，位置相对应的所述上半腔体和所述下半腔体对接形成一个所述安装腔，各所述感应电极的上端和下端分别固定于所述上半腔体和所述下半腔体中。
优选地，所述第一通孔设置于所述绝缘摩擦内壳的顶端，各所述感应电极的内侧上部设置有一个半圆孔，两个所述半圆孔对接形成第二通孔，各所述上半腔体的上部设置有第三通孔，所述太阳能发电部件上设置有多个第四通孔，各所述密封部件能够穿过一个所述第二通孔和一个所述第三通孔伸至所述第四通孔中。
优选地，所述上半腔体和所述下半腔体均为半球形腔，所述感应电极为半球壳状，所述绝缘摩擦内壳为球壳状；所述安装腔的内径与所述外壳的外径相同，所述外壳的内径与所述绝缘摩擦内壳的外径相同。
优选地，所述太阳能发电部件为太阳能电池板，所述太阳能电池板设置于所述上浮体的上表面，所述太阳能电池板的外边沿相对于所述上浮体向外凸出设置。
优选地，所述风力发电组件包括多个风力发电机，所述太阳能发电部件上设置有多个第一安装孔，所述上浮体上设置有多个第二安装孔，各所述风力发电机的下端设置于一个所述第一安装孔和一个所述第二安装孔中。
优选地，所述上浮体的中部设置有一个所述上半腔体且周边设置有多个所述上半腔体，所述上浮体的下表面设置有多个上引出槽，各所述上引出槽的一端与中部的所述上半腔体连通，各所述上引出槽的另一端贯穿所述上浮体的侧壁，周边的多个所述上半腔体中任意相邻的两个所述上半腔体通过一个上连接槽连通；所述下浮体的中部设置有一个所述下半腔体且周边设置有多个所述下半腔体，所述下浮体的上表面设置有多个下引出槽，各所述下引出槽的一端与中部的所述下半腔体连通，各所述下引出槽的另一端贯穿所述下浮体的侧壁，周边的多个所述下半腔体中任意相邻的两个所述下半腔体通过一个下连接槽连通；所述上引出槽与所述下引出槽一一对应且结构相匹配，所述上连接槽和所述下连接槽一一对应且结构相匹配，位置相对应的所述上引出槽和所述下引出槽对接形成引出通道，位置相对应的所述上连接槽和所述下连接槽对接形成连接通道，所述导线穿过所述连接通道和所述引出通道伸至所述浮体的外部。
优选地，一个所述收集器单体设置于中部且多个所述收集器单体设置于中部的所述收集器单体的周边，所述连接机构包括多个连接组件，周边的多个所述浮体分别通过一个所述连接组件与中部的所述浮体连接，周边的多个所述浮体中任意相邻的两个所述浮体通过一个所述连接组件连接。
优选地，所述收集器单体设置为七个，所述浮体为正六边形结构，所述连接组件包括多个连接杆，所述下浮体的六个侧壁上均设置有多个用于安装所述连接杆的连接孔。
优选地，所述绝缘摩擦内壳的材质为FEP材料，所述感应电极的材质为铜，各所述感应电极的对接面上均设置有所述绝缘层。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的可收集多种能量形式的能量收集器，包括连接机构和多个收集器单体，收集器单体包括浮体、风力发电组件、太阳能发电部件和多个固液式摩擦纳米发电组件，将风力发电、太阳能发电与摩擦纳米发电技术集成在一起，可以同时收集风能、太阳能以及波浪能，充分利用了摩擦纳米发电在低频收集能量的优势，提高了波浪能量的利用效率，增加了实用性。多个浮体通过连接机构连接为一体，进而将多个收集器单体连接成一个整体，不仅增加了能量收集的面积，同时增加了整体稳定性，避免能量收集器在波浪中倾覆，同时，通过在每个收集器单体中均安装多个固液式摩擦纳米发电组件，进一步提升了波浪能的收集效率。固液式摩擦纳米发电与其他模式的摩擦纳米发电相比，固体与液体具有极低的摩擦系数，且有较大的固-液有效接触面积，因此具有较高的效率，能够有效地利用每一次晃动。
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为本发明提供的可收集多种能量形式的能量收集器的结构示意图；
图2为本发明提供的可收集多种能量形式的能量收集器中收集器单体的整体结构示意图；
图3为本发明提供的可收集多种能量形式的能量收集器中收集器单体的爆炸图；
图4为本发明提供的可收集多种能量形式的能量收集器中下浮体的结构示意图；
图5为本发明提供的可收集多种能量形式的能量收集器中上浮体的结构示意图；
图6为本发明提供的可收集多种能量形式的能量收集器中固液式摩擦纳米发电组件的结构示意图。
附图标记说明：100、可收集多种能量形式的能量收集器；1、收集器单体；101、上浮体；102、下浮体；103、太阳能电池板；104、风力发电机；105、固液式摩擦纳米发电组件；1051、感应电极；1052、绝缘摩擦内壳；1053、第一通孔；1054、密封部件；106、上半腔体；107、下半腔体；108、上引出槽；109、下引出槽；1010、上连接槽；1011、下连接槽；1012、第三通孔；1013、第四通孔；1014、第一安装孔；1015、连接孔；2、连接杆。
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可收集多种能量形式的能量收集器，可以同时收集风能、太阳能以及波浪能，提高了波浪能量的利用效率，增加了整体稳定性。
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6所示，本实施例提供一种可收集多种能量形式的能量收集器100，包括连接机构和多个收集器单体1，收集器单体1包括浮体、风力发电组件、太阳能发电部件和多个固液式摩擦纳米发电组件105，浮体中设置有多个安装腔，固液式摩擦纳米发电组件105包括外壳、绝缘摩擦内壳1052和密封部件1054，各外壳固定于一个安装腔中，外壳包括两个对称设置的感应电极1051，两个感应电极1051的对接面之间设置有绝缘层，各感应电极1051的导线能够穿过浮体伸至外部，导线用于连接外接负载，风力发电组件和太阳能发电部件同样用于连接外接负载。绝缘摩擦内壳1052夹持于两个感应电极1051之间，安装完之后两个感应电极1051向绝缘摩擦内壳1052施加夹紧力，即绝缘摩擦内壳1052与两个感应电极1051之间不会发生相对运动，绝缘摩擦内壳1052上设置有第一通孔1053，绝缘摩擦内壳1052中设置有水，绝缘摩擦内壳1052中的水处于非填满状态，密封部件1054用于密封第一通孔1053，进而防止绝缘摩擦内壳1052中的水流出，具体地，密封部件1054与第一通孔1053过盈配合。太阳能发电部件设置于浮体的上表面，风力发电组件安装于浮体上，多个浮体通过连接机构连接为一体。
如图3-图6所示，浮体包括上浮体101和下浮体102，上浮体101固定于下浮体102的上表面，太阳能发电部件设置于上浮体101的上表面，风力发电组件安装于上浮体101上，多个下浮体102通过连接机构连接为一体，上浮体101的下表面设置有多个上半腔体106，下浮体102的上表面设置有多个下半腔体107，上半腔体106和下半腔体107一一对应且结构相匹配，位置相对应的上半腔体106和下半腔体107对接形成一个安装腔，各感应电极1051的上端和下端分别固定于上半腔体106和下半腔体107中，即上浮体101和下浮体102均水平设置，两个感应电极1051的对接面竖直设置。
于本具体实施例中，上浮体101粘接于下浮体102上，感应电极1051粘接于上半腔体106和下半腔体107中。
具体地，第一通孔1053设置于绝缘摩擦内壳1052的顶端，各感应电极1051的内侧上部设置有一个半圆孔，两个半圆孔对接形成第二通孔，各上半腔体106的上部设置有第三通孔1012，太阳能发电部件上设置有多个第四通孔1013，各密封部件1054能够穿过一个第二通孔和一个第三通孔1012伸至第四通孔1013中。
于本具体实施例中，密封部件1054为圆柱状，第一通孔1053、第二通孔、第三通孔1012和第四通孔1013均为圆孔。
于本具体实施例中，上半腔体106和下半腔体107均为半球形腔，感应电极1051为半球壳状，绝缘摩擦内壳1052为球壳状；安装腔的内径与外壳的外径相同，外壳的内径与绝缘摩擦内壳1052的外径相同。
具体地，太阳能发电部件为太阳能电池板103，太阳能电池板103设置于上浮体101的上表面，太阳能电池板103的外边沿相对于上浮体101向外凸出设置。
具体地，风力发电组件包括多个风力发电机104，太阳能发电部件上设置有多个第一安装孔1014，上浮体101上设置有多个第二安装孔，各风力发电机104的下端设置于一个第一安装孔1014和一个第二安装孔中。
如图5所示，上浮体101的中部设置有一个上半腔体106且周边设置有多个上半腔体106，上浮体101的下表面设置有多个上引出槽108，各上引出槽108的一端与中部的上半腔体106连通，各上引出槽108的另一端贯穿上浮体101的侧壁，周边的多个上半腔体106中任意相邻的两个上半腔体106通过一个上连接槽1010连通。如图6所示，下浮体102的中部设置有一个下半腔体107且周边设置有多个下半腔体107，下浮体102的上表面设置有多个下引出槽109，各下引出槽109的一端与中部的下半腔体107连通，各下引出槽109的另一端贯穿下浮体102的侧壁，周边的多个下半腔体107中任意相邻的两个下半腔体107通过一个下连接槽1011连通。上引出槽108与下引出槽109一一对应且结构相匹配，上连接槽1010和下连接槽1011一一对应且结构相匹配，位置相对应的上引出槽108和下引出槽109对接形成引出通道，位置相对应的上连接槽1010和下连接槽1011对接形成连接通道，导线穿过连接通道和引出通道伸至浮体的外部。
如图1所示，一个收集器单体1设置于中部且多个收集器单体1设置于中部的收集器单体1的周边，连接机构包括多个连接组件，周边的多个浮体分别通过一个连接组件与中部的浮体连接，周边的多个浮体中任意相邻的两个浮体通过一个连接组件连接。
于本具体实施例中，收集器单体1设置为七个，各收集器单体1中设置有七个固液式摩擦纳米发电组件105，六个固液式摩擦纳米发电组件105在中部的固液式摩擦纳米发电组件105的周围等距圆周阵列分布，浮体为正六边形结构，连接组件包括多个连接杆2，下浮体102的六个侧壁上均设置有多个用于安装连接杆2的连接孔1015。具体地，本实施例中的连接组件包括两个连接杆2，下浮体102的六个侧壁上均设置有两个连接孔1015。七个收集器单体1互相连接可形成一个完整的蜂窝状能量收集器，提升了装置的稳定性。
具体地，本实施例中风力发电机104设置为六个，分别安装于正六边形结构的浮体的六个角处。太阳能电池板103是一块稍大于上浮体101表面的正六边形板。
于本具体实施例中，绝缘摩擦内壳1052的材质为FEP材料，绝缘摩擦内壳1052的壁厚为50微米，感应电极1051的材质为铜，各感应电极1051的对接面上均设置有绝缘层，即半球壳状的感应电极1051的环形对接面上设置有绝缘层。
如图6所示，当浮体处于静止状态时液面水平，由于水与FEP材料极性不同，会使绝缘摩擦内壳1052表面带负电荷而水带有正电荷，处于静止位置时，静电平衡，不会产生电势。当浮体在波浪作用下产生晃动时，水产生变形，具体地，当液面向左侧涌时，水与左侧接触面积增大，与右侧接触面积减小，由于液体水带正电荷，当左侧接触面积增大时，左侧的正电荷随之增多，右侧的正电荷就随之减少，于是就会产生电势差，电势差的存在使得产生从左到右的电流；当液面向右侧涌时，与上面同理，会产生从右到左的电流，产生的电流通过感应电极1051以及导线流入外接负载。
使用时，将本实施例中的能量收集器平铺于海面上，首先海面上充分的阳光照射到太阳能电池板103上即可将阳光转化为电能，与此同时，海面上的海风吹过风力发电机104时带动扇叶转动将风能转化为了电能，海面上基本一直都存在波浪，而波浪会使整个能量收集器产生晃动，这就使得浮体内部的固液式摩擦纳米发电组件105里面的水也产生晃动，内部水的晃动势必引起水与绝缘摩擦内壳1052之间的往复摩擦，根据摩擦纳米技术的特性，该摩擦会产生电能，于是固液式摩擦纳米发电组件105可以将波浪能较高效地转化为电能。
即使在多变和恶劣的环境下，摩擦纳米发电技术也表现出高效的能量转换性能，同时，该项技术在低频运动时的能量收集效果优于其他能量收集技术。此外，摩擦纳米发电技术可以通过低成本、重量轻的材料简单制造，为各种微观和宏观应用提供较高的功率密度。进一步地，本实施例中的固液式摩擦纳米发电与其他模式的摩擦纳米发电相比，固体与液体具有极低的摩擦系数，且有较大的固-液有效接触面积，因此具有较高的效率，能够有效地利用每一次晃动。
可见，本实施例中将风力发电、太阳能发电与摩擦纳米发电技术集成在一起，可以同时收集风能、太阳能以及波浪能，充分利用了摩擦纳米发电在低频收集能量的优势，提高了波浪能量的利用效率，增加了实用性，即本实施例中的能量收集器在实现对低频波浪能的收集同时也充分利用了太阳与风，使得海洋资源得到充分的利用，这些对清洁能源的利用在为低能耗设备供电方面具有很大的潜力，例如无线传感器网络、微机电系统等。多个浮体通过连接机构连接为一体，进而将多个收集器单体1连接成一个整体，不仅增加了能量收集的面积，同时增加了整体稳定性，避免能量收集器在波浪中倾覆，同时，通过在每个收集器单体1中均安装多个固液式摩擦纳米发电组件105，进一步提升了波浪能的收集效率，可以将波浪能的收集效率提升数倍。
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 (9)

1.一种可收集多种能量形式的能量收集器，其特征在于，包括连接机构和多个收集器单体，所述收集器单体包括浮体、风力发电组件、太阳能发电部件和多个固液式摩擦纳米发电组件，所述浮体中设置有多个安装腔，所述固液式摩擦纳米发电组件包括外壳、绝缘摩擦内壳和密封部件，各所述外壳固定于一个所述安装腔中，所述外壳包括两个对称设置的感应电极，两个所述感应电极的对接面之间设置有绝缘层，各所述感应电极的导线能够穿过所述浮体伸至外部，所述绝缘摩擦内壳夹持于两个所述感应电极之间，所述绝缘摩擦内壳上设置有第一通孔，所述绝缘摩擦内壳中设置有水，所述密封部件用于密封所述第一通孔，所述太阳能发电部件设置于所述浮体的上表面，所述风力发电组件安装于所述浮体上，多个所述浮体通过所述连接机构连接为一体；所述浮体包括上浮体和下浮体，所述上浮体固定于所述下浮体的上表面，所述太阳能发电部件设置于所述上浮体的上表面，所述风力发电组件安装于所述上浮体上，多个所述下浮体通过所述连接机构连接为一体，所述上浮体的下表面设置有多个上半腔体，所述下浮体的上表面设置有多个下半腔体，所述上半腔体和所述下半腔体一一对应且结构相匹配，位置相对应的所述上半腔体和所述下半腔体对接形成一个所述安装腔，各所述感应电极的上端和下端分别固定于所述上半腔体和所述下半腔体中。
2.根据权利要求1所述的可收集多种能量形式的能量收集器，其特征在于，所述第一通孔设置于所述绝缘摩擦内壳的顶端，各所述感应电极的内侧上部设置有一个半圆孔，两个所述半圆孔对接形成第二通孔，各所述上半腔体的上部设置有第三通孔，所述太阳能发电部件上设置有多个第四通孔，各所述密封部件能够穿过一个所述第二通孔和一个所述第三通孔伸至所述第四通孔中。
3.根据权利要求1所述的可收集多种能量形式的能量收集器，其特征在于，所述上半腔体和所述下半腔体均为半球形腔，所述感应电极为半球壳状，所述绝缘摩擦内壳为球壳状；所述安装腔的内径与所述外壳的外径相同，所述外壳的内径与所述绝缘摩擦内壳的外径相同。
4.根据权利要求1所述的可收集多种能量形式的能量收集器，其特征在于，所述太阳能发电部件为太阳能电池板，所述太阳能电池板设置于所述上浮体的上表面，所述太阳能电池板的外边沿相对于所述上浮体向外凸出设置。
5.根据权利要求1所述的可收集多种能量形式的能量收集器，其特征在于，所述风力发电组件包括多个风力发电机，所述太阳能发电部件上设置有多个第一安装孔，所述上浮体上设置有多个第二安装孔，各所述风力发电机的下端设置于一个所述第一安装孔和一个所述第二安装孔中。
6.根据权利要求1所述的可收集多种能量形式的能量收集器，其特征在于，所述上浮体的中部设置有一个所述上半腔体且周边设置有多个所述上半腔体，所述上浮体的下表面设置有多个上引出槽，各所述上引出槽的一端与中部的所述上半腔体连通，各所述上引出槽的另一端贯穿所述上浮体的侧壁，周边的多个所述上半腔体中任意相邻的两个所述上半腔体通过一个上连接槽连通；所述下浮体的中部设置有一个所述下半腔体且周边设置有多个所述下半腔体，所述下浮体的上表面设置有多个下引出槽，各所述下引出槽的一端与中部的所述下半腔体连通，各所述下引出槽的另一端贯穿所述下浮体的侧壁，周边的多个所述下半腔体中任意相邻的两个所述下半腔体通过一个下连接槽连通；所述上引出槽与所述下引出槽一一对应且结构相匹配，所述上连接槽和所述下连接槽一一对应且结构相匹配，位置相对应的所述上引出槽和所述下引出槽对接形成引出通道，位置相对应的所述上连接槽和所述下连接槽对接形成连接通道，所述导线穿过所述连接通道和所述引出通道伸至所述浮体的外部。
7.根据权利要求1所述的可收集多种能量形式的能量收集器，其特征在于，一个所述收集器单体设置于中部且多个所述收集器单体设置于中部的所述收集器单体的周边，所述连接机构包括多个连接组件，周边的多个所述浮体分别通过一个所述连接组件与中部的所述浮体连接，周边的多个所述浮体中任意相邻的两个所述浮体通过一个所述连接组件连接。
8.根据权利要求7所述的可收集多种能量形式的能量收集器，其特征在于，所述收集器单体设置为七个，所述浮体为正六边形结构，所述连接组件包括多个连接杆，所述下浮体的六个侧壁上均设置有多个用于安装所述连接杆的连接孔。
9.根据权利要求1所述的可收集多种能量形式的能量收集器，其特征在于，所述绝缘摩擦内壳的材质为FEP材料，所述感应电极的材质为铜，各所述感应电极的对接面上均设置有所述绝缘层。
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