本發(fā)明涉及發(fā)電領(lǐng)域，具體地，涉及一種發(fā)電裝置及包括該發(fā)電裝置的海水發(fā)電裝置。

背景技術(shù)：

在地球礦物能源逐漸枯竭及環(huán)境狀況日益惡化的形勢下，海洋能源，作為一種低碳綠色環(huán)保且能帶動社會可持續(xù)性發(fā)展的可再生能源，儼然成為當今世界能源研究的重要課題。如何有效利用資源豐富、可再生的海洋資源，顯得十分重要。海水波浪所具有的動能(以下稱為波浪能)是海洋能源中所占比重較大的一種。目前，主要的波浪發(fā)電裝置基本上有三種類形：振蕩水拄型、機械型和水流型。這些波浪發(fā)電裝置各有優(yōu)缺點，但共同的問題是，發(fā)電裝置安裝復雜、生產(chǎn)成本高。當今海水發(fā)電的難題在于：如何把分散的、低密度的、不穩(wěn)定的波浪能吸收起來并進而集中、經(jīng)濟、高效地轉(zhuǎn)化為有用的電能；如何使得海水發(fā)電裝置能承受災害性海洋氣候的破壞，并實現(xiàn)安全運行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)電裝置及包括該發(fā)電裝置的海水發(fā)電裝置，該發(fā)電裝置及包括該發(fā)電裝置的海水發(fā)電裝置生產(chǎn)工藝簡單、成本低廉且適合大規(guī)模海水發(fā)電。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種發(fā)電裝置，該發(fā)電裝置包括外殼、位于該外殼內(nèi)表面上的摩擦發(fā)電機以及位于該外殼內(nèi)部空間中的撞擊體，所述撞擊體在外力的沖擊下晃動并撞擊所述摩擦發(fā)電機，從而促使所述摩擦發(fā) 電機進行摩擦發(fā)電。

本發(fā)明還提供一種海水發(fā)電裝置，該海水發(fā)電裝置包括多個上述發(fā)電裝置，每個所述外殼的內(nèi)表面上的所述摩擦發(fā)電機的數(shù)目為多個，每個所述摩擦發(fā)電機的正負極分別連接到各自的整流器的交流輸入端，所有整流器并聯(lián)。

通過上述技術(shù)方案，由于位于外殼內(nèi)表面上的摩擦發(fā)電機基于兩種不同材料之間的摩擦效應(yīng)和靜電感應(yīng)效應(yīng)進行摩擦發(fā)電，而位于外殼的內(nèi)部空間中的撞擊體則能夠在外力的沖擊下晃動從而撞擊摩擦發(fā)電機，導致摩擦發(fā)電機中的摩擦層之間產(chǎn)生接觸分離或者相對滑動，進而實現(xiàn)利用外力(例如，海水波浪)的動能進行發(fā)電，因此根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電裝置及包括該發(fā)電裝置的海水發(fā)電裝置不僅生產(chǎn)工藝簡單，成本低廉，而且還能夠承受災害性海洋氣候的破壞，以及經(jīng)濟、高效地將海水波浪所具有的動能轉(zhuǎn)換成電能，進而能夠適于大規(guī)模海水發(fā)電，并實現(xiàn)安全運行。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的發(fā)電裝置的示例性外部結(jié)構(gòu)圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的發(fā)電裝置中的摩擦發(fā)電機的示例性結(jié)構(gòu)圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的發(fā)電裝置中的摩擦發(fā)電機的另一示例性結(jié)構(gòu)圖；以及

圖4是根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的海水發(fā)電裝置的性能圖示。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖1-3對根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電裝置及包括該發(fā)電裝置的海水發(fā)電裝置的具體實施方式進行詳細說明。應(yīng)當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的發(fā)電裝置包括外殼10、位于該外殼10的內(nèi)表面上的摩擦發(fā)電機20、30以及位于該外殼10的內(nèi)部空間中的撞擊體(未示出)，所述撞擊體在外力(例如海水波浪)的沖擊下晃動并撞擊所述摩擦發(fā)電機20、30，從而促使所述摩擦發(fā)電機20、30進行摩擦發(fā)電。

由于位于外殼10的內(nèi)表面上的摩擦發(fā)電機20、30基于兩種不同材料之間的摩擦效應(yīng)和靜電感應(yīng)效應(yīng)進行摩擦發(fā)電，而位于外殼10的內(nèi)部空間中的撞擊體則能夠在外力(例如海水波浪)的沖擊下晃動從而撞擊摩擦發(fā)電機20、30，導致摩擦發(fā)電機20、30中的摩擦層之間產(chǎn)生接觸分離或者相對滑動，所產(chǎn)生的摩擦電荷轉(zhuǎn)移到儲能模塊中而實現(xiàn)利用諸如海水波浪等外力的動能進行發(fā)電，因此根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電裝置不僅生產(chǎn)工藝簡單，成本低廉，而且還能夠承受災害性海洋氣候的破壞，以及經(jīng)濟、高效地將海水波浪所具有的動能轉(zhuǎn)換成電能，進而能夠適于大規(guī)模海水發(fā)電，并實現(xiàn)安全運行。

優(yōu)選地，所述外殼10可以為多面體結(jié)構(gòu)或球形結(jié)構(gòu)，例如，可以為十二面體結(jié)構(gòu)、六面體結(jié)構(gòu)等等，這樣就能夠使得外殼10內(nèi)的撞擊體在任何方向的外力(例如海水波浪)的沖擊下都能夠促使摩擦發(fā)電機20、30中的摩擦層之間產(chǎn)生接觸分離或者相對滑動，進而提高根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電裝置的發(fā)電能力和效率。當然，其他的外形結(jié)構(gòu)也是可行的。

優(yōu)選地，所述外殼10是密閉封裝的且防水，這樣就能夠增加根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電裝置的使用壽命以及安全性。但是，應(yīng)當理解的是，外殼10不是必須為密封結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，外殼10可以由耐腐蝕耐撞擊的非導電材料制成，例如所述外 殼10可以由有機玻璃板或者其他耐撞擊和耐腐蝕的非導電材料制成。這樣，就能夠增加根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電裝置的使用壽命。有機玻璃板的厚度可以是5cm甚至更厚，以增加其耐撞擊性。

所述撞擊體可以由任何材料制成，并且可以是任何結(jié)構(gòu)，只要其能夠在外力(例如海水波浪)的沖擊下在外殼10內(nèi)自由晃動并能夠促使外殼10內(nèi)表面上的摩擦發(fā)電機20、30內(nèi)的摩擦層產(chǎn)生接觸分離或者相對滑動即可。例如，撞擊體可以是鋼球、鐵塊等等。

摩擦發(fā)電機20、30可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何類型的摩擦發(fā)電機。而且，所述摩擦發(fā)電機20、30中的摩擦層優(yōu)選被極化處理(例如，電暈極化處理)或者被表面微結(jié)構(gòu)化處理，以增加所述摩擦層的面電荷密度。這樣就能夠提高根據(jù)本發(fā)明的海水發(fā)電裝置的電量輸出，提高其發(fā)電能力。

圖2示出了一種示例性的單層摩擦發(fā)電機20的結(jié)構(gòu)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解的是，圖2僅是一種示例，任何其他類型的單層摩擦發(fā)電機結(jié)構(gòu)都可以應(yīng)用于本發(fā)明中。

圖2所示的單層摩擦發(fā)電機20可以包括依次層疊的第一支撐層1-1(第一支撐層1-1可以由有機玻璃板等耐腐蝕耐撞擊的保護性材料制成)、第一電極2-1(其可由高分子材料背部銅或者其他導電材料制成)、第一摩擦層3-1(其可由例如氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)之類的高分子材料制成)、第二摩擦層2-3(其可由與第一摩擦層3-1之間存在摩擦電極序差異的任何材料制成，例如可由銅制成)、彈性材料層4(其可由Kapton高分子材料或者其他彈性材料制成)、第三摩擦層2-4(其可由與第四摩擦層3-2之間存在摩擦電極序差異的任何材料制成，例如可由銅制成)、第四摩擦層3-2(其可由例如氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)之類的高分子材料制成)、第二電極2-2(其可由高分子材料背部銅或者其他導電材料制成)以及第二支撐層1-2(其可以由有機玻璃板等耐腐蝕耐撞擊的保護性材料制成)。第一電極2-1和第二 電極2-2相連作為單層摩擦發(fā)電機20的一個輸出端，第二摩擦層2-3和第三摩擦層2-4相連作為單層摩擦發(fā)電機20的另一輸出端。其中，第一摩擦層3-1、第四摩擦層3-2、第二摩擦層2-3和第三摩擦層2-4可以經(jīng)過極化處理或者表面微結(jié)構(gòu)化處理，從而增大各個摩擦層的面電荷密度，提高了單層摩擦發(fā)電機20的電量輸出。

優(yōu)選地，所述第二摩擦層2-3、所述彈性材料層4、所述第三摩擦層2-4可以為波浪形結(jié)構(gòu)，從而形成如圖2所示的單層波浪形摩擦發(fā)電機。另外，Kapton高分子彈性材料的厚度規(guī)格目前有25μm、50μm、75μm、125μm等，由于將其在模具中加熱成型為波浪形彈性體的過程中，不同厚度的Kapton高分子彈性材料，其彈性力也不同，通常厚度越大彈性力越大，導致相同撞擊力的作用下，薄的Kapton高分子彈性材料更容易被壓縮，產(chǎn)生的形變更大，單位體積內(nèi)功率輸出也會相對更大，因此，在保證穩(wěn)定性的前提下選擇25μm厚度的Kapton高分子彈性材料加工成波浪半徑為2mm的波浪形彈性材料層4。

應(yīng)當理解的是，制備上述各個摩擦層和各個電極的材料并不局限于如上所述的材料。例如，電極材料可以是銅、銀、金以及各種合金等導電材料，而且任何存在摩擦電極序差異的材料均可以用來制備摩擦層，例如，導體、半導體和絕緣體材料均可。所述絕緣體材料可以選自聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、苯胺甲醛樹脂、聚甲醛、乙基纖維素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纖維素、纖維素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯、再生纖維海綿、聚氨酯彈性體、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、人造纖維、聚甲基，甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚異丁烯、聚氨酯柔性海綿、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮丁醛、酚醛樹脂、氯丁橡膠、丁二烯丙烯共聚物、天然橡膠、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-co-丙烯腈)、聚乙烯丙二酚碳酸鹽，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳 酸酯、液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚雙苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯；所述半導體材料可以選自硅、鍺、第Ⅲ和第Ⅴ族化合物、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物、由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物組成的固溶體、非晶態(tài)的玻璃半導體和有機半導體。

圖3示出了一種示例性的多層摩擦發(fā)電機30的結(jié)構(gòu)圖。該多層摩擦發(fā)電機30可以由多個圖2所示的單層摩擦發(fā)電機或者其他類型的單層摩擦發(fā)電機并聯(lián)組成，從而可以提高根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電裝置的電量輸出能力。另外，在將圖2所示的單層摩擦發(fā)電機20并聯(lián)時，相鄰的單層摩擦發(fā)電機20可以共用相應(yīng)的支撐層。

本發(fā)明還提供一種海水發(fā)電裝置，該海水發(fā)電裝置包括多個如上所述的發(fā)電裝置，其中，每個所述外殼10的內(nèi)表面上的摩擦發(fā)電機20、30(其可以為單層摩擦發(fā)電機，也可以為多層摩擦發(fā)電機)的數(shù)目可以為多個。這多個摩擦發(fā)電機20、30并聯(lián)以增大其電流輸出，進而增大根據(jù)本發(fā)明的海水發(fā)電裝置的電量輸出和發(fā)電能力。

以圖2所示的單層波浪形摩擦發(fā)電機20為例，在將多個單層波浪形摩擦發(fā)電機20并聯(lián)形成圖3所示的多層摩擦發(fā)電機30時，將每一個單層波浪形摩擦發(fā)電機20的第一電極2-1、第二電極2-2都連接在一起作為一個輸出端，將每一個單層波浪形摩擦發(fā)電機20的第二摩擦層2-3、第三摩擦層2-4都連接在一起作為另一個輸出端，再將所得到的多個多層波浪形摩擦發(fā)電機30植入外殼10(例如十二面體結(jié)構(gòu))的內(nèi)表面上，十二面體結(jié)構(gòu)的每一個內(nèi)表面上均放置一個多層波浪形摩擦發(fā)電機30。為了避免電荷的抵消作用，將每一個多層波浪形摩擦發(fā)電機30的兩個輸出端分別連接在整流器(例如，整流橋)的交流輸入端上，再把所有整流器的正極連接在一起作為正極輸出端、負極連接在一起作為負極輸出端(也即所有整流器并聯(lián))，然后將正極和負極分別用導線引出到十二面體結(jié)構(gòu)的外部并對十二面體結(jié)構(gòu)進行密封 和防水處理。最后將多個十二面體結(jié)構(gòu)以立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)連接，所有的正極并聯(lián)在一起，所有的負極并聯(lián)在一起，將正極和負極連接到信號處理器(未示出)以后再連接到儲能模塊(未示出)。這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)將海水波浪的動能轉(zhuǎn)化成電能，實現(xiàn)大規(guī)模海水發(fā)電。

圖4示出了將一個內(nèi)部安裝有多個多層波浪形摩擦發(fā)電機30的十二面體結(jié)構(gòu)10放置于海水中所得到的輸出特性。經(jīng)計算，在一平方千米范圍內(nèi)，5米深的海域每一秒鐘能產(chǎn)生大概0.64MJ的電能?？梢姡鶕?jù)本發(fā)明的海水發(fā)電裝置不僅生產(chǎn)工藝簡單，成本低廉，而且還能夠經(jīng)濟、高效地將海水波浪所具有的動能轉(zhuǎn)換成電能，進而能夠適于大規(guī)模海水發(fā)電，并實現(xiàn)安全運行。

以上結(jié)合附圖詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。

此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。