本發(fā)明涉及能量收集，具體涉及了一種振蕩水翼翼型優(yōu)化長時(shí)自持能量收集裝置及能量收集方法。

背景技術(shù)：

1、我國海岸線狹長，河湖縱橫，擁有相當(dāng)可觀的海洋及水力資源。隨著人類社會(huì)的發(fā)展，人類對(duì)于能源的需求也越來越大，因此更全面的開發(fā)海洋資源是必然的趨勢(shì)。潮流能具有能量密度高、分布面廣等優(yōu)點(diǎn)。它是一種最易于直接利用、取之不竭的可再生清潔能源。因此，自持且可長時(shí)工作的波浪能收集裝置成為了研究的熱點(diǎn)。

2、隨著近年來我國潮流能技術(shù)的發(fā)展，我國的多臺(tái)潮流能機(jī)組已經(jīng)成功并網(wǎng)或?yàn)楹u供電。但是我國潮流能裝置多為水平軸式，其啟動(dòng)性能差，不太適合淺水海域，潮流資源開發(fā)不充分；一般情況下，相同深度海況下，振蕩水翼的掃掠面積是水平軸葉輪掃掠面積的3倍左右，振蕩水翼捕獲潮流能發(fā)電技術(shù)淺海優(yōu)勢(shì)明顯，特別適合安裝在河床、沿海岸等淺水海域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于目前潮流能裝置啟動(dòng)性差和近海淺水區(qū)域捕獲效率低，為了開發(fā)利用廣闊豐富的淺海潮流能資源，本發(fā)明所提供了一種振蕩水翼翼型優(yōu)化長時(shí)自持能量收集裝置及能量收集方法，可在淺水或者河床區(qū)域，在波浪作用下捕獲潮流能并將其轉(zhuǎn)換為電能，可自動(dòng)長時(shí)間進(jìn)行工作。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一、一種振蕩水翼翼型優(yōu)化長時(shí)自持能量收集裝置

4、包括多個(gè)間隔排列的振蕩水翼單元，多個(gè)振蕩水翼單元進(jìn)行陣列分布；每個(gè)所述振蕩水翼單元包括水翼外殼和摩擦納米發(fā)電機(jī)，所述水翼外殼內(nèi)設(shè)置有多個(gè)沿翼弦弦長并列排布的摩擦納米發(fā)電機(jī)，各個(gè)所述摩擦納米發(fā)電機(jī)的上下弧面與水翼外殼內(nèi)壁相切。

5、所述水翼外殼呈naca系列翼型，所述水翼外殼具有上表面和下表面，均為外凸弧面，最先接觸到潮流的水翼外殼的一側(cè)作為前緣，最后接觸到潮流的水翼外殼的一側(cè)作為后緣；所述上表面的弧度大于所述下表面的弧度且最大弧度為翼弦弦長的15％-25％，所述前緣的內(nèi)切圓半徑為翼弦弦長的1％-3％，所述水翼外殼的最大厚度為翼弦弦長的12％-18％，所述水翼外殼的最大厚度位置為沿翼弦弦長靠近前緣的30％-40％處，在所述水翼外殼的后緣處，上表面和下表面之間以漸進(jìn)式變化進(jìn)行鈍化過渡連接。

6、所述摩擦納米發(fā)電機(jī)包括多個(gè)摩擦納米發(fā)電單元、鋰電池和外殼，所述外殼為圓柱空心殼體，所述外殼內(nèi)封裝有多個(gè)摩擦納米發(fā)電單元和鋰電池，每個(gè)所述摩擦納米發(fā)電單元和所述鋰電池電連接，每個(gè)所述摩擦納米發(fā)電單元的外表面的圓弧部分與所述外殼的曲面內(nèi)壁緊密貼合，各個(gè)所述摩擦納米發(fā)電單元由上至下按從小到大的順序疊放，每個(gè)所述摩擦納米發(fā)電單元均與所述外殼固定連接。

7、所述摩擦納米發(fā)電單元包括一個(gè)發(fā)電基板和一組交叉滾柱，所述發(fā)電基板上面開設(shè)有圓弧形槽體，發(fā)電基板的圓弧槽體的圓弧形內(nèi)壁上沿槽長放置有一組所述交叉滾柱，一組交叉滾柱包括表面附著有不同電負(fù)性材料的至少兩個(gè)滾柱；

8、各個(gè)放置有所述交叉滾柱的發(fā)電基板上下疊放布置，使得疊放后的發(fā)電基板組成的側(cè)面輪廓為圓形，布置在底部的發(fā)電基板的圓弧形槽體弧度小于布置在頂部的發(fā)電基板的圓弧形槽體弧度。

9、所述發(fā)電基板主要由從上到下依次層疊布置的頂層、叉指電極和底層緊密堆疊組成，所述頂層和底層之間設(shè)置叉指電極，所述頂層為尼龍層，所述底層為聚乳酸層。

10、所述交叉滾柱包括多個(gè)滾柱ⅰ和多個(gè)滾柱ⅱ，所述滾柱ⅰ和滾柱ⅱ沿槽長交替緊密排列在所述發(fā)電基板的圓弧槽體的圓弧形內(nèi)壁上，所述滾柱ⅰ和滾柱ⅱ均為圓柱體，所述滾柱ⅰ表面附著聚四氟乙烯，所述滾柱ⅱ表面附著尼龍。

11、所述摩擦納米發(fā)電單元的每個(gè)發(fā)電基板和所述鋰電池電連接途經(jīng)二極管橋。

12、所述水翼外殼的四角處下部各設(shè)置有一個(gè)錨鏈系泊，所述錨鏈系泊為無檔錨鏈類型，每個(gè)振蕩水翼單元通過錨鏈系泊與海底或者河床進(jìn)行錨鏈連接。

13、若干個(gè)所述振蕩水翼單元橫向并列為一排，作為一組橫排，將多組橫排在同一水平面上縱向并列分布，從而構(gòu)成陣列，各個(gè)振蕩水翼單元之間的橫向間距為翼弦弦長的4-6倍，各組橫排之間的間距為翼弦弦長的0.25-0.3倍。

14、二、基于振蕩水翼翼型優(yōu)化長時(shí)自持能量收集裝置的一種能量收集方法

15、所述方法包括以下步驟：

16、1)將多個(gè)振蕩水翼單元通過錨鏈系泊與海底或者河床進(jìn)行固定，在水面上形成陣列分布；

17、2)經(jīng)過潮流作用時(shí)，潮流作用使各個(gè)振蕩水翼單元在水面上進(jìn)行縱搖或縱蕩，各個(gè)振蕩水翼單元中的摩擦納米發(fā)電機(jī)內(nèi)的交叉滾柱在發(fā)電基板上滾動(dòng)，滾柱ⅰ和滾柱ⅱ的表面相互摩擦，從而產(chǎn)生表面電荷，滾柱ⅰ的表面產(chǎn)生正電荷，滾柱ⅱ的表面產(chǎn)生負(fù)電荷，所述表面電荷通過靜電感應(yīng)效應(yīng)與所述發(fā)電基板的頂層和叉指電極形成感應(yīng)，使得頂層產(chǎn)生正電荷，叉指電極產(chǎn)生負(fù)電荷，再結(jié)合頂層和叉指電極與交叉滾柱的相對(duì)位置的往復(fù)變化，從而驅(qū)動(dòng)電子在電路中進(jìn)行往復(fù)移動(dòng)，進(jìn)而形成交流電信號(hào)；

18、3)步驟2所述的交流電信號(hào)經(jīng)二極管橋轉(zhuǎn)化為直流信號(hào)后轉(zhuǎn)導(dǎo)至鋰電池并給鋰電池充電。

19、本發(fā)明的有益效果是：

20、1、采用摩擦納米發(fā)電機(jī)來轉(zhuǎn)化振蕩水翼水輪機(jī)捕獲的潮流能，取代了以往復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)換裝置，生產(chǎn)更簡便，成本更低，結(jié)構(gòu)更簡單。

21、2、優(yōu)化了傳統(tǒng)水翼結(jié)構(gòu)，提升了水翼的捕能效率。

22、3、振蕩水翼單元固定采用錨鏈的方式，可以提升捕能裝置的自持性，減少維護(hù)次數(shù)，降低成本。

23、4、各個(gè)振蕩水翼單元采用陣列分布，提升振蕩水翼單元之間的正面影響，可互相提升捕能效率。

技術(shù)特征：

1.一種振蕩水翼翼型優(yōu)化長時(shí)自持能量收集裝置，其特征在于：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種振蕩水翼翼型優(yōu)化長時(shí)自持能量收集裝置，其特征在于：所述水翼外殼(1)呈naca系列翼型，所述水翼外殼(1)具有上表面和下表面，均為外凸弧面，最先接觸到潮流的水翼外殼(1)的一側(cè)作為前緣，最后接觸到潮流的水翼外殼(1)的一側(cè)作為后緣；所述上表面的弧度大于所述下表面的弧度且最大弧度為翼弦弦長的15％-25％，所述前緣的內(nèi)切圓半徑為翼弦弦長的1％-3％，所述水翼外殼(1)的最大厚度為翼弦弦長的12％-18％，所述水翼外殼(1)的最大厚度位置為沿翼弦弦長靠近前緣的30％-40％處，在所述水翼外殼(1)的后緣處，上表面和下表面之間以漸進(jìn)式變化進(jìn)行鈍化過渡連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種振蕩水翼翼型優(yōu)化長時(shí)自持能量收集裝置，其特征在于：所述摩擦納米發(fā)電機(jī)(2)包括多個(gè)摩擦納米發(fā)電單元、鋰電池(12)和外殼(4)，所述外殼(4)為圓柱空心殼體，所述外殼(4)內(nèi)封裝有多個(gè)摩擦納米發(fā)電單元和鋰電池(12)，每個(gè)所述摩擦納米發(fā)電單元和所述鋰電池(12)電連接，每個(gè)所述摩擦納米發(fā)電單元的外表面的圓弧部分與所述外殼(4)的曲面內(nèi)壁緊密貼合，各個(gè)所述摩擦納米發(fā)電單元由上至下按從小到大的順序疊放，每個(gè)所述摩擦納米發(fā)電單元均與所述外殼(4)固定連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種振蕩水翼翼型優(yōu)化長時(shí)自持能量收集裝置，其特征在于：所述摩擦納米發(fā)電單元包括一個(gè)發(fā)電基板(6)和一組交叉滾柱(5)，所述發(fā)電基板(6)上面開設(shè)有圓弧形槽體，發(fā)電基板(6)的圓弧槽體的圓弧形內(nèi)壁上沿槽長放置有一組所述交叉滾柱(5)，一組交叉滾柱(5)包括表面附著有不同電負(fù)性材料的至少兩個(gè)滾柱；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種振蕩水翼翼型優(yōu)化長時(shí)自持能量收集裝置，其特征在于：所述發(fā)電基板(6)主要由從上到下依次層疊布置的頂層(10)、叉指電極(9)和底層(11)緊密堆疊組成，所述頂層(10)和底層(11)之間設(shè)置叉指電極(9)，所述頂層(10)為尼龍層，所述底層(11)為聚乳酸層。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種振蕩水翼翼型優(yōu)化長時(shí)自持能量收集裝置，其特征在于：所述交叉滾柱(5)包括多個(gè)滾柱ⅰ(7)和多個(gè)滾柱ⅱ(8)，所述滾柱ⅰ(7)和滾柱ⅱ(8)沿槽長交替緊密排列在所述發(fā)電基板(6)的圓弧槽體的圓弧形內(nèi)壁上，所述滾柱ⅰ(7)和滾柱ⅱ(8)均為圓柱體，所述滾柱ⅰ(7)表面附著聚四氟乙烯，所述滾柱ⅱ(8)表面附著尼龍。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種振蕩水翼翼型優(yōu)化長時(shí)自持能量收集裝置，其特征在于：所述摩擦納米發(fā)電單元的每個(gè)發(fā)電基板(6)和所述鋰電池(12)電連接途經(jīng)二極管橋(13)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種振蕩水翼翼型優(yōu)化長時(shí)自持能量收集裝置，其特征在于：所述水翼外殼(1)的四角處下部各設(shè)置有一個(gè)錨鏈系泊(3)，所述錨鏈系泊(3)為無檔錨鏈類型，每個(gè)振蕩水翼單元通過錨鏈系泊(3)與海底或者河床進(jìn)行錨鏈連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種振蕩水翼翼型優(yōu)化長時(shí)自持能量收集裝置，其特征在于：若干個(gè)所述振蕩水翼單元橫向并列為一排，作為一組橫排，將多組橫排在同一水平面上縱向并列分布，從而構(gòu)成陣列，各個(gè)振蕩水翼單元之間的橫向間距為翼弦弦長的4-6倍，各組橫排之間的間距為翼弦弦長的0.25-0.3倍。

10.基于權(quán)利要求1-9所述振蕩水翼翼型優(yōu)化長時(shí)自持能量收集裝置的一種能量收集方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種振蕩水翼翼型優(yōu)化長時(shí)自持能量收集裝置及能量收集方法。能量收集裝置包括多個(gè)間隔排列的振蕩水翼單元，多個(gè)振蕩水翼單元進(jìn)行陣列分布；每個(gè)振蕩水翼單元包括水翼外殼和摩擦納米發(fā)電機(jī)，水翼外殼內(nèi)設(shè)置有多個(gè)沿翼弦弦長并列排布且相互貼緊的摩擦納米發(fā)電機(jī)，各個(gè)摩擦納米發(fā)電機(jī)的大小隨水翼外殼的厚度變化，使得各個(gè)摩擦納米發(fā)電機(jī)的上下弧面與水翼外殼內(nèi)壁相切。在潮流的作用下振蕩水翼單元進(jìn)行縱搖或縱蕩時(shí)，其內(nèi)部的摩擦納米發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)俘獲機(jī)械能并進(jìn)行發(fā)電，取代了傳統(tǒng)振蕩水翼能量轉(zhuǎn)換裝置，結(jié)構(gòu)更加簡單，生產(chǎn)更簡便，成本更低，提高了捕能效率和自持性。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧爭志,王瓏耀,馮博,陶濤濤,汪利先,華蔚,張大海,茆大煒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28