本发明专利技术属于发电设备技术领域，具体涉及一种基于空压浮子的波浪能发电装置。波浪能发电装置包括：空压浮子、垂荡板、管道、以及至少一个涡流发电单元。该装置将波浪的势能转换为空压浮子内部气腔中的压缩空气，利用压缩空气产生的气流驱动涡流发电单元的中心叶轮单向旋转，进而产生电能。其中，空压浮子为一个呈套筒状的壳体，壳体内包括一条上下贯穿的内腔通道。垂荡板通过第一连杆固定悬挂在空压浮子下方。管道插接在空压浮子的内腔通道的上口处，涡流发电单元位于管道内部；涡流发电单元包括冲击式透平机构以及其上负载的摩擦发电组件和电磁发电组件。本发明专利技术可以克服传统发电装置对波浪能的能量捕集效率较低，捕获困难、成本较高的问题。较高的问题。较高的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种基于空压浮子的波浪能发电装置
[0001]本专利技术属于发电设备
，具体涉及一种基于空压浮子的波浪能发电装置。
技术介绍
[0002]海洋能是一种广泛地分布在海洋环境中新型清洁能源，包括海流能、波浪能、洋流能等多种形式。海洋能具有储量丰富、分布范围广、能量密度高、输出稳定等特点。随着环保理念的深入，如何对海洋能这种新兴的蓝色能源进行捕获已成为一个研究热点。
[0003]现有的海洋能的捕获大多仍采用电磁发电机(EMG)，这类发电设备利用波浪或洋流驱动叶轮转动，叶轮带动电磁发电机运转进而产生电能。但是，传统的电磁发电机由体积大而重的磁铁、金属线圈和涡轮机组成，难以自然漂浮在水面上，需要通过漂浮的平台来支撑或固定在海底，这些配套机构往往成本高昂，实现的技术难度较大，实用性和可行性较差。此外，电池发电机中的线圈和磁铁在使用过程中容易受到海水腐蚀，而涡轮机在海浪低频驱动下的能量转换效率很低。这些挑战使目前的海浪能收集装置大都存在能量收集效率不理想和成本高的缺陷。
[0004]摩擦纳米发电机(TENG)是一种新型的发电设备，这种发电设备比电磁发电机更适应不规则和随机的机械运动，因此非常适合收集水波能。最重要的是，在低频率下摩擦纳米发电机具有较高的能量转换效率。压电发电机(PENG)，电磁发电机，和摩擦纳米发电机被广泛用于收集波浪能。目前已经设计了多种TENG器件用于波浪能收集，并通过小型的TENG单元的来用于更大范围的低频下海洋能源收集。然而，海洋能的形式多样，并且非常不可控，这导致摩擦纳米发电机的输出极不稳定。此外摩擦纳米发电机还存在低电流和高内阻的局限，这些都阻碍了摩擦纳米发电机的进一步应用。
[0005]因此，如何设计出一种能够更好的吸收和转换海洋能的发电系统，正成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
技术实现思路
[0006]为了解决现有技术中缺乏对海洋能进行高效利用和能源转换的机械系统的问题，本专利技术提供一种基于空压浮子的波浪能发电装置。
[0007]本专利技术采用以下技术方案实现：
[0008]一种基于空压浮子的波浪能发电装置，其包括：空压浮子、垂荡板、管道、以及至少一个涡流发电单元。该波浪能发电装置漂浮在水面上，并将波浪的势能转换为空压浮子内部气腔中的压缩空气，利用压缩空气产生的气流驱动涡流发电单元的中心叶轮单向旋转，进而产生电能。
[0009]其中，空压浮子为一个呈套筒状的壳体，壳体包括内壁、外壁以及位于内外壁之间的封闭的空心夹层，所述空心夹层用于产生使得整个装置漂浮在水面上的浮力。壳体的中心包括一条上下贯穿的内腔通道，内腔通道的顶部呈口径渐缩的台体状。内腔通道的两端分别为空压浮子上口和下口。
[0010]垂荡板通过第一连杆固定悬挂在空压浮子下方，垂荡板与内腔通道垂直布置。管道插接在空压浮子的上口处，并与内腔通道同轴连通。
[0011]涡流发电单元位于管道内部；涡流发电单元包括冲击式透平机构以及其上负载的摩擦发电组件和电磁发电组件。冲击式透平机构包括同轴布置的两个镜像对称的定子和位于另两个定子之间的转子，摩擦发电组件和电磁发电组件位于定子和转子之间。冲击式透平机构用于在管道内产生向上或向下的气流时，驱动转子单向转动。转子相对定子转动时驱动摩擦发电组件和电磁发电组件运转发电。
[0012]作为本专利技术进一步的改进，空压浮子的周向均匀设置有多个稳定浮子；稳定浮子包括第二连杆、弹性件和浮球。第二连杆的一端固定连接在空压浮子外壁上，另一端与弹性件固定连接；弹性件沿连杆末端竖直朝下设置，弹性件的底端连接浮球。
[0013]作为本专利技术进一步的改进，每个稳定浮子中还包括一个限位板，限位板与第二连杆的延伸方向平行。限位板的一端固定连接在空压浮子的外壁上，另一端包括一个套环；浮球插入到限位板末端的套环内。
[0014]作为本专利技术进一步的改进，垂荡板为环形板；第一连杆数量为多根，并在垂荡板周向均匀排列。每根第一连杆一端连接在垂荡板的内侧边缘，另一端连接在空压浮子内壁的顶部。
[0015]作为本专利技术进一步的改进，冲击式透平机构包括两个定子、一个转子、两个陶瓷轴承以及一根中心轴。中心轴贯穿转子的中心并与转子键连接；转子的外周设有第一叶轮。陶瓷轴承分别嵌入到定子的中心；中心轴的两端连接在陶瓷轴承的内环上，以使得转子和定子同轴布置并可相对转动。定子的外周设有第二叶轮；第二叶轮的外径大于第一叶轮。
[0016]作为本专利技术进一步的改进，冲击式透平机构套设在管道内部，第二叶轮的外径与管道的内径相匹配，第二叶轮的扇叶的外侧边缘与管道内壁粘接固定。
[0017]且/或
[0018]两个定子的朝外的一端还分别套设有一个半椭球型的端帽；端帽的底部边缘恰好与第二叶轮中扇叶的内侧边缘相接。
[0019]且/或
[0020]相连的定子和转子界面间还设置有一个平面推力球轴承，平面推力球轴承用于降低转子和定子之间的摩擦阻力。
[0021]作为本专利技术进一步的改进，摩擦发电组件包括第一电极和第二电极。第一电极的数量为两片，分别贴敷于转子的两侧，第二电极的数量为两片，分别贴敷于两个定子的内侧与第一电极相对的位置。第一电极为一体式电极。第一电极呈轮毂状，包括内环、外环、以及位于内环和外环之间呈圆周阵列排布并相互分隔设置的扇形片。第二电极为分体式电极，包括内电极和外电极；第二电极与第一电极形状相似，其中，位于奇数位上的扇形片与外环相连作为外电极，位于偶数位的扇形片与内环相连作为内电极。
[0022]第一电极和第二电极中相靠近一侧的表面上分别设有存在电负性差异的第一起电层和第二起电层。第一电极和第二电极表面的起电层随转子转动而相互摩擦，并在内电极和外电极间产生电势差，进而实现摩擦发电。
[0023]作为本专利技术进一步的改进，第一电极和第二电极采用非铁磁性的金属材料或导电性非金属材料制备而成；第一电极表面的第一起电层选择尼龙；第二电极中内电极和外电
极表面分别选择氟化异丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的任意一种或两种。
[0024]作为本专利技术进一步的改进，电磁发电组件包括至少一对线圈和至少一个永磁体，永磁体嵌入到转子内部；线圈分别安装在两个定子中；当所述线圈和永磁体数量为多个时，二者在定子和转子上呈圆周阵列排布。
[0025]线圈随转子转动时，切割永磁体产生的磁感线，并在线圈两端产生电势差，进而实现电磁发电。
[0026]作为本专利技术进一步的改进，管道的上口封闭或套接有一个可扩张的气囊。
[0027]本专利技术提供的技术方案，具有如下有益效果：
[0028]本专利技术提供的波浪能发电装置主要包括一个特殊设计的空压浮子和一个涡流发电单元，该空压浮子漂浮在水面上时部分浸没到水面以下，并可以随着水体中波浪而自由浮沉，进而在内腔通道内产生往复式的气流。而涡流发电单元则是专利技术人在冲击式透平的基础上设计出的一种融合电磁发电和摩擦纳米发电而设计出的新型发电单元。该发电单元在向上或向下的气流冲击下，均可以单向旋转，进而驱本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于空压浮子的波浪能发电装置，其特征在于，所述波浪能发电装置以直立状态漂浮在水面上，并在随着水体浮沉运动的过程吸收波浪能发电；其包括：空压浮子，其为一个呈套筒状的壳体，所述壳体包括内壁、外壁以及位于内外壁之间的封闭的空心夹层，所述空心夹层用于产生浮力；所述壳体的中心包括一条上下贯穿的内腔通道，所述内腔通道的顶部呈口径渐缩的台体状；所述内腔通道的两端分别为所述空压浮子上口和下口；垂荡板，其通过第一连杆固定悬挂在所述空压浮子下方，所述垂荡板与所述内腔通道垂直布置；管道，其插接在所述空压浮子的上口处，并与所述内腔通道同轴连通；至少一个涡流发电单元，其位于所述管道内部；所述涡流发电单元包括冲击式透平机构以及其上负载的摩擦发电组件和电磁发电组件；所述冲击式透平机构包括同轴布置的两个镜像对称的定子和位于另两个定子之间的转子，所述摩擦发电组件和电磁发电组件位于定子和转子之间；所述冲击式透平机构用于在管道内产生向上或向下的气流时，驱动所述转子单向转动；所述转子相对定子转动时驱动所述摩擦发电组件和电磁发电组件运转发电。2.如权利要求1所述的基于空压浮子的波浪能发电装置，其特征在于：所述空压浮子的周向均匀设置有多个稳定浮子；所述稳定浮子包括第二连杆、弹性件和浮球；所述第二连杆的一端固定连接在所述空压浮子外壁上，另一端与所述弹性件固定连接；所述弹性件沿连杆末端竖直朝下设置，所述弹性件的底端连接所述浮球。3.如权利要求2所述的基于空压浮子的波浪能发电装置，其特征在于：每个所述稳定浮子中还包括一个限位板，所述限位板与所述第二连杆的延伸方向平行；所述限位板的一端固定连接在所述空压浮子的外壁上，另一端包括一个套环；所述插入到所述限位板末端的套环内。4.如权利要求1所述的基于空压浮子的波浪能发电装置，其特征在于：所述垂荡板为环形板；所述第一连杆数量为多根，并在所述垂荡板周向均匀排列；每根所述第一连杆一端连接在所述垂荡板的内侧边缘，另一端连接在所述空压浮子内壁的顶部。5.如权利要求1所述的基于空压浮子的波浪能发电装置，其特征在于：所述冲击式透平机构包括两个定子、一个转子、两个陶瓷轴承以及一根中心轴；所述中心轴贯穿所述转子的中心并与所述转子键连接；所述转子的外周设有第一叶轮；两个所述陶瓷轴承分别嵌入到所述定子的中心；所述中心轴的两端连接在所述陶瓷轴承的内环上，...
【专利技术属性】
技术研发人员：洪占勇，张成卓，代香港，蒋涛，杨绍辉，王中林，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：
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