CN115459622A - 一种涡激振动发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种涡激振动发电装置，涉及清洁能源发电设备技术领域，包括设置在流体中的钝体和固定在钝体一端的盒体，盒体中设置有第一基板、弹性件和连接有外电路的导电层，导电层固定在盒体中，第一基板滑动设置在导电层的表面，第一基板的滑动方向与钝体在流体中的振动方向相同，第一基板的下表面设置有与导电层接触的摩擦层，弹性件沿第一基板的滑动方向设置，且弹性件的一端固定在盒体中，另一端连接在第一基板的端部；由此，本发明利用涡激振动能作为纳米摩擦发电的动力源，将涡激振动能的采集与纳米摩擦发电技术相结合，能够充分利用自然界中的涡激振动能进行发电，并且发电装置结构更简单，成本更低，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及清洁能源发电设备技术领域，特别是涉及一种涡激振动发电装置。
背景技术
在自然界中除了传统能源外，还存在许多像太阳能、风能、振动能等其他形式的能源。目前利用太阳能或者风能的装置已被广泛使用，振动能广泛存在于日常生活和工作环境中，如空气的流动、海浪的波动、机器运行过程中均存在着可回收的振动能，因此，振动能量的收集技术成为了当前热门的研究领域之一。
众所周知，当流体经过非流线型圆柱时，会在其尾流中产生周期性交替脱落的漩涡，进而导致圆柱受到垂直来流方向的周期性的波动升力而发生振动，这种振动运动现象可以用于输出能量，称之为“涡激振动能”。相比于传统的潮流能获取装置，如水平轴涡轮或垂直轴涡轮，圆柱涡激振动能的获取具有启动流速更低、噪声极小和生物相容性良好等优势。
申请号为“201610157249.2”，发明名称为“弹性杆涡激振动风力发电装置”的发明中，曲柄一端与连杆的一端铰接，另一端与蜗杆固接；连杆的另一端与滑块铰接；蜗杆通过轴承支承在机架上，并与蜗轮啮合；蜗轮固接在发电机的输入轴上，发电机通过导线与蓄电池连接；逆变器将蓄电池的电能转化为标准电压；发电机、蓄电池和逆变器均固定安装于机架上；水平弹性杆的一端与弹性杆发电机组的滑块固接，另一端连接滑移机构，从而能够把弹性杆上微风振动产生的能量转化为电能，而且水平弹性杆可以利用水平和垂直两个方向的风能，提高发电效率。但是其结构复杂，设备沉重、昂贵。
摩擦纳米发电机(TENG)作为一种能量产生单元，独立层模式是摩擦纳米发电机的一种基本工作模式。在此模式中，运动物体由于和空气或其他物体的接触，通常都会带电，就像我们的鞋子在地板上走路也会带电。因为材料表面的电荷密度会达到饱和，而且这种静电荷会在表面保留至少几小时，所以在这段时间并不需要持续的接触和摩擦。如果我们在介电层的背面分别镀两个不相连的对称电极，电极的大小及其间距与移动物体的尺寸在同一量级，那么这个带电物体在两个电极之间的往复运动会使两个电极之间产生电势差的变化，进而驱动电子通过外电路负载在两个电极之间来回流动，以平衡电势差的变化。摩擦纳米发电机的动力源既可以是已被人们认识的风力、水力、海浪等大能源，也可以是人的行走、身体的晃动、手的触摸、下落的雨滴等从没被人们注意过的环境随机能源，还可以是车轮的转动、机器的轰鸣等。
如果将摩擦纳米发电技术与涡激振动能量的俘获进行结合，则能够提供一种新型、高效的发电设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种涡激振动发电装置，以解决上述现有技术存在的问题，利用涡激振动能作为纳米摩擦发电的动力源，将涡激振动能的采集与纳米摩擦发电技术相结合，能够充分利用自然界中的涡激振动能进行发电，并且发电装置结构更简单，成本更低，具有广阔的应用前景。
为实现上述目的，本实施例提供了如下方案：本实施例提供一种涡激振动发电装置，包括设置在流体中的钝体和固定在所述钝体一端的盒体，所述盒体中设置有第一基板、弹性件和连接有外电路的导电层，所述导电层固定在所述盒体中，所述第一基板滑动设置在所述导电层的表面，所述第一基板的滑动方向与所述钝体在流体中的振动方向相同，所述第一基板的下表面设置有与所述导电层接触的摩擦层，所述弹性件沿所述第一基板的滑动方向设置，且所述弹性件的一端固定在所述盒体中，另一端连接在所述第一基板的端部。
优选的，所述盒体底部设置有第二基板，所述第二基板上表面固定有所述导电层。
优选的，沿所述第一基板的滑动方向，所述第一基板的两端均连接有所述弹性件，且两端的所述弹性件对称设置。
优选的，所述钝体的顶部通过细杆固定所述盒体。
优选的，所述摩擦层包括格栅状的FEP膜，所述导电层包括铝膜。
优选的，所述第一基板与所述第二基板均为亚克力板。
优选的，所述钝体设置有直径互不相同的若干个。
优选的，若干所述钝体排列呈V型，所述V型的开口方向垂直于所述钝体在流体中的振动方向。
优选的，还包括底座，若干所述钝体均通过支撑板固定在所述底座上，所述支撑板与所述V型的开口方向平行。
优选的，所述钝体呈圆柱形，所述弹性件包括压缩弹簧；所述钝体设置有5～7个。
本实施例相对于现有技术取得了以下技术效果：
1、本发明中的发电装置利用涡激振动能作为纳米摩擦发电的动力源，将涡激振动能的采集与纳米摩擦发电技术相结合，能够充分利用自然界中的涡激振动能进行发电，并且发电装置结构更简单，成本更低，具有广阔的应用前景；
2、本发明中通过在第一基板的两端设置弹性件，能够使FEP膜长时间在平衡状态附近保持振荡，从而提高发电装置收集机械能的效率；
3、本发明中若干钝体呈V型排列，V型排列的钝体能够在有限空间内多角度全方位地收集流体的振动能量，从而提高发电装置的整体能量转换性能；
4、本发明中若干钝体具有多个直径尺寸，可以提高发电装置的固有频率范围，进而提高发电装置对不同流速流体的适应能力，保证发电效率；
5、本发明中采用栅状FEP膜，不仅可以提高瞬时电流，还能增加能量转换的循环次数，提高发电装置的发电能力。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中发电装置的整体结构示意图；
图2为本发明中钝体、盒体、支撑板的爆炸示意图；
图3为盒体及其内部结构的爆炸示意图；
图4为盒体内部结构示意图；
其中，1、盒体；2、固定套；3、钝体；4、支撑板；5、底座；6、盒盖；7、第一基板；8、FEP膜；9、压缩弹簧；10、铝膜；11、第二基板；12、盒底。
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涡激振动发电装置，以解决上述现有技术存在的问题，利用涡激振动能作为纳米摩擦发电的动力源，将涡激振动能的采集与纳米摩擦发电技术相结合，能够充分利用自然界中的涡激振动能进行发电，并且发电装置结构更简单，成本更低，具有广阔的应用前景。
为使本实施例的上述目的、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实施例作进一步详细的说明。
如图1～图4所示，本实施例提供一种涡激振动发电装置，包括设置在流体中的钝体3和固定在钝体3一端的盒体1，盒体1中设置有第一基板7、弹性件和连接有外电路的导电层，导电层固定在盒体1中，第一基板7滑动设置在导电层的表面，第一基板7的滑动方向与钝体3在流体中的振动方向相同，第一基板7的下表面设置有与导电层接触的摩擦层，弹性件沿第一基板7的滑动方向设置，且弹性件的一端固定在盒体1中，另一端连接在第一基板7的端部。
使用时，圆柱状的钝体3放置在流体中，流体可以是空气也可以是水流，钝体3在流体的作用下进行振动，并将振动传递给端部的盒体1，盒体1振动能量转化为弹性件的弹性势能，弹性势能进一步转化为第一基板7的动能，第一基板7在往复移动过程中摩擦层在导电层的表面进行摩擦，并形成接触—分离的循环，最终通过导电层与外电路输出电信号，在弹性件的作用下，第一基板7能够长时间进行往复滑动，延长发电时间。
由此，本实施例中的发电装置利用涡激振动能作为纳米摩擦发电在独立层模式下的动力源，将涡激振动能的采集与纳米摩擦发电技术相结合，能够充分利用自然界中的涡激振动能进行发电，并且发电装置结构更简单，成本更低，具有广阔的应用前景。
进一步的，本实施例中盒体1底部设置有第二基板11，第二基板11上表面固定有导电层，并且第一基板7与第二基板11均为亚克力板，摩擦层为格栅状的FEP膜8(氟化乙烯丙烯共聚物)，导电层为铝膜10。
进一步的，沿第一基板7的滑动方向，第一基板7的两端均连接有弹性件，且两端的弹性件对称设置，弹性件选择压缩弹簧9，压缩弹簧9设置有4个，两两设置在第一基板7的两端。
钝体3的顶部设置有固定套2，固定套2与钝体3过盈配合，而不必采用螺栓或者焊接等连接方式进行连接，避免螺栓等连接构件锈蚀；并且固定套2顶端具有细杆，细杆顶部固定盒体1。同时，盒体1包括盒底12和扣合在盒底12上的盒盖6，盒底12与盒盖6均用防水材料制成，并且在扣合位置设置有密封条，使得盒体1具有防水功能，避免盒体1内部进水。
进一步的，本实施例中钝体3设置有直径互不相同的若干个，但这并不表示所有钝体3的直径均不相同，部分钝体3的直径可以相同，具体的尺寸根据适应的流体进行合理选择；由于钝体3的振动幅度与涡激振动中漩涡脱离钝体3表面的频率有关，当漩涡脱离钝体3表面的频率接近钝体3的固有频率时，钝体3的振动幅度会大幅度提高，因此，本实施例中钝体3的直径存在多种尺寸值时，可以提高发电装置的固有频率范围，进而提高发电装置对不同流速流体的适应能力，保证发电效率。
进一步的，本实施例中若干钝体3设置有5～7个，并排列呈V型，V型的开口方向垂直于钝体3在流体中的振动方向，V型的尖端朝向流体的来向，V型排列的钝体3能够在有限空间内多角度全方位地收集流体的振动能量，从而提高发电装置的整体能量转换性能。
进一步的，本实施例中发电装置还包括底座5，若干钝体3均通过支撑板4固定在底座5上，支撑板4与V型的开口方向平行，支撑板4为薄板，刚性不会太大，保证钝体3能够进行振动，同时支撑板4也会在流体也会产生涡激振动，并传递给钝体3，提高钝体3的振动能力。
根据实际需求而进行的适应性改变均在本实施例的保护范围内。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本实施例不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实施例的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实施例。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实施例的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实施例内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种涡激振动发电装置，其特征在于，包括设置在流体中的钝体和固定在所述钝体一端的盒体，所述盒体中设置有第一基板、弹性件和连接有外电路的导电层，所述导电层固定在所述盒体中，所述第一基板滑动设置在所述导电层的表面，所述第一基板的滑动方向与所述钝体在流体中的振动方向相同，所述第一基板的下表面设置有与所述导电层接触的摩擦层，所述弹性件沿所述第一基板的滑动方向设置，且所述弹性件的一端固定在所述盒体中，另一端连接在所述第一基板的端部。
2.根据权利要求1所述的涡激振动发电装置，其特征在于，所述盒体底部设置有第二基板，所述第二基板上表面固定有所述导电层。
3.根据权利要求2所述的涡激振动发电装置，其特征在于，沿所述第一基板的滑动方向，所述第一基板的两端均连接有所述弹性件，且两端的所述弹性件对称设置。
4.根据权利要求3所述的涡激振动发电装置，其特征在于，所述钝体的顶部通过细杆固定所述盒体。
5.根据权利要求4所述的涡激振动发电装置，其特征在于，所述摩擦层包括格栅状的FEP膜，所述导电层包括铝膜。
6.根据权利要求5所述的涡激振动发电装置，其特征在于，所述第一基板与所述第二基板均为亚克力板。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的涡激振动发电装置，其特征在于，所述钝体设置有直径互不相同的若干个。
8.根据权利要求7所述的涡激振动发电装置，其特征在于，若干所述钝体排列呈V型，所述V型的开口方向垂直于所述钝体在流体中的振动方向。
9.根据权利要求8所述的涡激振动发电装置，其特征在于，还包括底座，若干所述钝体均通过支撑板固定在所述底座上，所述支撑板与所述V型的开口方向平行。
10.根据权利要求9所述的涡激振动发电装置，其特征在于，所述钝体呈圆柱形，所述弹性件包括压缩弹簧；所述钝体设置有5～7个。
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| CN202211269660.0A CN115459622A (zh) | 2022-10-18 | 2022-10-18 | 一种涡激振动发电装置 |
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Cited By (1)
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| CN116517756A (zh) * | 2023-04-28 | 2023-08-01 | 广东海洋大学 | 一种深海网箱海流能发电装置 |
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2022
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Cited By (2)
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