CN209354291U - 一种波浪能发电装置 - Google Patents
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Abstract
一种波浪能发电装置，包括两个安装高度不一的电极，与水摩擦而产生电荷的介电膜的一侧与两电极连接，另一侧朝外与水发生摩擦，两电极产生的电流通过收集器进行收集。该波浪能发电装置利用了摩擦发电的原理，将水作为一种摩擦材料，并利用能够与水相互摩擦而产生电荷的材料作为介电膜，从而在波浪的起伏过程中不断地与介电膜摩擦而产生电荷，进而产生电能。所述的波浪能发电装置结构简单，且安装和维护难度低，同时可持续性地利用波浪能，适用性广，可广泛应用于水上设施及各类船舶。
Description
技术领域
本实用新型涉及发电装置，特别是一种利用波浪能进行发电的装置。
背景技术
水上设施如灯塔、航标、水上平台或各类船舶上均设置有各种用电设备，这些用电设备工作所需的电能可以由海底电缆提供，也可以由设置水上设施的发电机提供。前一种方法中，电缆的铺设难度较高，且成本高昂、维护困难；而后一种方法中，发电机的主要能源为石油，但一方面，发电所需的石油需要专用的船舶进行定期运输，工作量极大，另一方面，石油属于不可再生资源，且其燃烧产生的污染巨大，难以满足不断提高的环保要求。为此，太阳能、风能、波浪能等清洁能源的开发利用日益重要。这些清洁能源可以为水上设施及各类船舶提供辅助甚至全部电能。
波浪能发电，即将海水波浪起伏的动能通过机械装置转换为机械能，然后再将机械能转化为电能进行发电的方式。现有的波浪能发电装置采用电磁发电机进行发电，同时，为了使电磁发电机位于波浪水位位置，还需要设置漂浮平台用以支撑电磁发电机，或设置固定支架将电磁发电机固定于适当水位处。但无论是漂浮平台还是水上固定支架，其建造难度都极为巨大，造价也极为昂贵；再者，电磁发电机主要由磁铁、线圈和涡轮构成，而磁铁和线圈都较易被海水腐蚀，其使用寿命短、维护难度高；另外，波浪运动的速度较为缓慢且方向不定，导致电磁发电机难以有效地利用波浪能。故而，现有的波浪能发电装置适用环境较窄，难以满足不断提高的用电需求。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种利用摩擦发电进行发电的波浪能发电装置，以降低波浪发电设备的设置和维护难度。
本实用新型所述的波浪能发电装置，包括两个安装于水上设施上的电极，且两个电极的安装高度不一，另有与水摩擦而产生电荷的介电膜和收集电能的收集器，介电膜的一侧设置于水上设施表面而可与水接触，介电膜的另一侧同时与两个电极连接，收集器安装于水上设施内部并分别与两电极连接。
本实用新型所述的波浪能发电装置，摩擦发电是一种依靠摩擦点电势的充电泵效应把极其微小的机械能转化为电能的发电方式，而水本身也可以作为一种摩擦材料，当水与聚合物介电材料表面接触摩擦时，可使介电材料表面带电，并当电荷在两电极间流动即可在电极中感应出电流。在本实用新型所述的波浪能发电装置中，两个电极和介电膜组成了摩擦发电机，其工作时，随着波浪不断冲刷介电膜表面，水与介电膜之间的接触面积不断改变，两电极之间将会产生电势差，且在波浪的一个完整周期内，摩擦发电机从被波浪逐渐淹没到再次露出水面的过程中将会引起交流电，电流流经收集器时即被收集器收集储存，收集后的电能即可向用电设备供电。该波浪能发电装置利用了摩擦发电的原理，将水作为一种摩擦材料，并利用能够与水相互摩擦而产生电荷的材料作为介电膜，从而在波浪的起伏过程中不断地与介电膜摩擦而产生电荷，进而产生电能。所述的波浪能发电装置结构简单，且安装和维护难度低，同时可持续性地利用波浪能，适用性广，可广泛应用于各种水上设施及各类船舶。
附图说明
图1是波浪能发电装置的结构示意图。
图2是图1所示波浪能发电装置的工作状态示意图。
图3是安装座及其内零部件的结构示意图。
图4是一种波浪能发电装置的实施方式示意图。
图5是另一种波浪能发电装置的实施方式示意图。
具体实施方式
一种波浪能发电装置，包括两个安装于水上设施上的电极1，且两个电极的安装高度不一，另有与水摩擦而产生电荷的介电膜2和收集电能的收集器3，介电膜的一侧设置于水上设施表面而可与水接触，介电膜的另一侧同时与两个电极连接，收集器安装于水上设施内部并分别与两电极连接。
如图1所示，附图标号100为水上设施的表面结构（如船舶外板），两电极安装于水上设施上并与介电膜的一侧面相连接，介电膜的另一侧面朝向水上设施外侧而可与水相互接触。而由于摩擦电极性差别，介电膜和波浪的反复接触摩擦使介电膜表面分布着负性摩擦电荷，且负性摩擦电荷在介电膜的表面将存在很长时间。在波浪的周期性起伏运动中，假设波浪开始时并未与介电膜接触，如图2中（a）所示；随后，波浪上升至如图2中（b）所示位置，水中的正电荷将屏蔽此部分介电膜表面的负电荷，从而使介电膜上的电荷产生非对称分布，上下两个电极之间将产生电势差，收集器将收集到从下方电极到上方电极的电流，如图2（b）中箭头所示；而当波浪继续上升至如图2中（c）所示位置，则会产生从上方电极到下方电极的电流，如图2（c）中箭头所示；直至波浪上升至如图2中（d）所示位置，水完全淹没电极，介电膜上的负性摩擦电荷被水面均匀、对称地屏蔽掉，电极间不存在电势差，也不会产生电流；同理，当波浪回落时，将继续产生电流，电流流经收集器时即被收集器收集储存，收集后的电能即可向用电设备供电。
所述的波浪能发电装置，有可装拆地安装于水上设施上的安装座4，安装座上设有向内凹陷的凹台，两电极1安装于凹台的底部，介电膜2安装于凹台的顶部，且介电膜与凹台侧壁密封连接；两个电极和介电膜组成了摩擦发电机，而通过安装座的设置则可以将摩擦发电机组成为一个固定的模块组件，既有利于对电极和介电膜进行保护，也有利于整个组件与水上设施之间的装拆，除此之外，水上设施上可以设置有若干个安装座4，每个安装座上均安装有电极1和介电膜2，从而极为方便地在水上设施上设置多个摩擦发电机组件，提高发电能力。而为了使摩擦发电机组件能够准确、安全地与收集器连接，可以在安装座4的凹台的底部安装有导电元件，导电元件的一端与电极1连接，另一端穿过凹台底部连接收集器3，也可以在安装座4的凹台底部开有通孔5，导电元件6的一端连接收集器3，另一端穿过通孔与电极1连接，通孔内填充有水密填料函7；而为了与水上设施相对应，水上设施上对应安装座4的通孔5处开有与通孔连通的开孔，导电元件6穿过通孔和开孔分别与电极1和收集器3连接，且通孔和开孔内均填充有水密填料函7。还有，安装座4可以由绝缘材料（如PET塑料）制作而成，而两电极1之间和两电极与凹台侧壁之间均设置有亚克力板8，通过该结构提高各零部件的安装稳定性，也有利于提高波浪能发电装置的工作稳定性。
所述的波浪能发电装置，有若干个包括两个电极1和介电膜2的摩擦发电机10，收集器3为蓄电池；另有数量与摩擦发电机一致的整流桥20，各摩擦发电机的两个电极分别通过不同整流桥连接蓄电池。如图4所示，波浪能发电装置可以设置一个蓄电池，该蓄电池分别连接两个摩擦发电机的两电极，且蓄电池通过上下两端还可以连接更多摩擦发电机的电极；又如图5所示，有若干组蓄电池，各蓄电池均设置有充电回路和供电回路，充电回路和供电回路均连通功率管理器30，且充电回路通过功率管理器连接整流桥20，供电回路通过功率管理器连接负载40。这一方面可以利用整流桥的作用将摩擦发电机产生的交流电转换为直流电，以便对蓄电池进行充电存储电能；另一方面，针对不同情况设置摩擦发电机和蓄电池的数量，从而满足不同的工作所需，同时也通过功率管理器的作用使各工作回路工作更加稳定、准确。
Claims (10)
1.一种波浪能发电装置，其特征在于：包括两个安装于水上设施上的电极（1），且两个电极的安装高度不一，另有与水摩擦而产生电荷的介电膜（2）和收集电能的收集器（3），介电膜的一侧设置于水上设施表面而可与水接触，介电膜的另一侧同时与两个电极连接，收集器安装于水上设施内部并分别与两电极连接。
2.根据权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于：有安装于水上设施上的安装座（4），安装座上设有向内凹陷的凹台，两电极（1）安装于凹台的底部，介电膜（2）安装于凹台的顶部，且介电膜与凹台侧壁密封连接。
3.根据权利要求2所述的波浪能发电装置，其特征在于：水上设施上设置有若干个安装座（4），每个安装座上均安装有电极（1）和介电膜（2）。
4.根据权利要求2所述的波浪能发电装置，其特征在于：安装座（4）的凹台的底部安装有导电元件，导电元件的一端与电极（1）连接，另一端穿过凹台底部连接收集器（3）。
5.根据权利要求2所述的波浪能发电装置，其特征在于：安装座（4）的凹台底部开有通孔（5），导电元件（6）的一端连接收集器（3），另一端穿过通孔与电极（1）连接，通孔内填充有水密填料函（7）。
6.根据权利要求5所述的波浪能发电装置，其特征在于：水上设施上对应安装座（4）的通孔（5）处开有与通孔连通的开孔，导电元件（6）穿过通孔和开孔分别与电极（1）和收集器（3）连接，且通孔和开孔内均填充有水密填料函（7）。
7.根据权利要求2-6任一权利要求所述的波浪能发电装置，其特征在于：安装座（4）由绝缘材料制作而成。
8.根据权利要求7所述的波浪能发电装置，其特征在于：两电极（1）之间和两电极与凹台侧壁之间均设置有亚克力板（8）。
9.根据权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于：有若干个包括两个电极（1）和介电膜（2）的摩擦发电机（10），收集器（3）为蓄电池；另有数量与摩擦发电机一致的整流桥（20），各摩擦发电机的两个电极分别通过不同整流桥连接蓄电池。
10.根据权利要求9所述的波浪能发电装置，其特征在于：有若干组蓄电池，各蓄电池均设置有充电回路和供电回路，充电回路和供电回路均连通功率管理器（30），且充电回路通过功率管理器连接整流桥（20），供电回路通过功率管理器连接负载（40）。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN109296497A (zh) * | 2018-11-21 | 2019-02-01 | 广州船舶及海洋工程设计研究院（中国船舶工业集团公司第六0五研究院） | 一种波浪能发电装置 |
| CN112594121A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-04-02 | 叶海舟 | 一种用于海洋监测设备的供电补给装置 |
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| CN112594121A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-04-02 | 叶海舟 | 一种用于海洋监测设备的供电补给装置 |
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