一種用于沙漠防風(fēng)固沙與摩擦發(fā)電的風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種防風(fēng)固沙的風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置，其特征為在風(fēng)力驅(qū)動(dòng)下，柔性摩擦電極抖動(dòng)并與沙丘表面及風(fēng)力揚(yáng)起的沙粒摩擦，從而使得電極表面摩擦接觸帶電，與接地電極之間產(chǎn)生脈沖式靜電電流。裝置包括：柔性摩擦電極；固定支撐裝置和整流輸出裝置三部分；柔性摩擦電極包括電極層，絕緣層和摩擦層；固定支撐裝置包括固定桿和支撐桿；整流輸出裝置包括整流濾波電路，存儲(chǔ)單元和逆變升壓裝置。柔性摩擦電極為單摩擦電極，其以沙丘和沙粒作為對(duì)應(yīng)摩擦體，通過(guò)風(fēng)力驅(qū)動(dòng)摩擦產(chǎn)電的同時(shí)增加沙丘表面粗糙度，提高防風(fēng)固沙效果，本發(fā)明的防風(fēng)固沙風(fēng)力風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置體積小，成本低，可多次插拔調(diào)整防止沙埋，能夠二次利用，同時(shí)可以根據(jù)需要制作成所需尺寸的大小和形狀，便于人工和機(jī)械化大面積安裝布設(shè)。
【專利說(shuō)明】
一種用于沙漠防風(fēng)固沙與摩擦發(fā)電的風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境保護(hù)發(fā)電領(lǐng)域，具體說(shuō)涉及一種設(shè)置在流動(dòng)沙丘上的通過(guò)增加迎風(fēng)湍流和沙丘表面接觸摩擦產(chǎn)電同時(shí)增加粗糙度抑制沙漠流動(dòng)的防風(fēng)固沙風(fēng)力摩擦發(fā)電
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]目前對(duì)于治理生態(tài)條件惡劣的沙漠來(lái)說(shuō)，單純植樹(shù)造林很難存活，目前仍然采用土工方格或草柵格攔截固沙方法。這種沙丘表面攔截固沙的作業(yè)方式簡(jiǎn)單易行，但草沙障的作用效果針對(duì)性不強(qiáng)，結(jié)果將導(dǎo)致材料的浪費(fèi)和沙障結(jié)構(gòu)的退化，施工時(shí)間和施工質(zhì)量無(wú)法有效保障，使國(guó)家投入大量的工程資金，其所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的目標(biāo)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
[0003]當(dāng)前，隨著科學(xué)技術(shù)與材料科學(xué)的不斷發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)方興未艾，很多風(fēng)力電機(jī)出現(xiàn)在西部戈壁地區(qū)，但是在沙漠地區(qū)并不適合。雖然沙漠中的風(fēng)力資源豐富，但是受地質(zhì)條件限制，沙漠中高大起伏的沙丘無(wú)法支撐住同樣巨大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，使得沙漠中大量風(fēng)能不能收集利用，卻成了驅(qū)動(dòng)活動(dòng)沙丘移動(dòng)的能量。因此，目前還沒(méi)有技術(shù)能夠在沙漠的移動(dòng)沙丘中收集風(fēng)力發(fā)電能源，同時(shí)面對(duì)活動(dòng)沙丘的迀移，沙漠本身的治理也存在現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。
[0004]綜上所示，目前沙漠治理這些材料所制成的沙障在實(shí)際應(yīng)用中均以沙漠本身為固定對(duì)象，通過(guò)物理或化學(xué)方法固沙，因材料容易老化和本身成本較高以及失去防護(hù)功能以后的殘余碎片等。導(dǎo)致對(duì)環(huán)境造成不同程度的二次污染，這些都成為限制應(yīng)用發(fā)展的主要因素。
[0005]因此，尋找一種既能夠防風(fēng)固沙，又能夠利用風(fēng)力發(fā)電，同時(shí)能夠適應(yīng)沙漠沙丘中實(shí)際環(huán)境的裝置，是現(xiàn)有防風(fēng)治沙技術(shù)的顯著提高。本發(fā)明就是試圖研究一種能在移動(dòng)沙丘上防風(fēng)固沙同時(shí)風(fēng)力發(fā)電的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用可靠，在沙丘表面防風(fēng)固沙并能通過(guò)風(fēng)力摩擦發(fā)電的裝置，其特征是以在沙丘表面上的安裝柔性摩擦電極，與沙漠的沙丘表面組成摩擦組合，以沙丘內(nèi)部埋入接地電極，利用風(fēng)力驅(qū)動(dòng)柔性摩擦電極在沙丘表面抖動(dòng)，從而與沙丘表面或揚(yáng)起的沙粒產(chǎn)生摩擦發(fā)電。
[0007]本發(fā)明利用風(fēng)力驅(qū)動(dòng)柔性摩擦發(fā)電電極在沙丘表面抖動(dòng)，通過(guò)摩擦電極與沙丘表面和揚(yáng)起的沙粒摩擦帶電，因此當(dāng)摩擦電極與接地電極(等電位源)實(shí)現(xiàn)電連接時(shí)，通過(guò)所述電極層和所述接地電極輸出電流；所述單個(gè)摩擦電極本身的電極層與沙丘摩擦產(chǎn)生的靜電到接地電極之間的電流通過(guò)整流裝置后直流輸出或存儲(chǔ)。
[0008]本發(fā)明裝置通過(guò)風(fēng)力驅(qū)動(dòng)一方面增加了沙丘表面風(fēng)力的湍流效果，一方面與沙丘表面摩擦增加了其粗糙度，實(shí)現(xiàn)防風(fēng)固沙效果。因?yàn)楸砻娲植诙仍黾由沉Ｒ苿?dòng)阻力，提高風(fēng)沙表面的空氣湍流，使得風(fēng)沙本身原本有序的風(fēng)力躍動(dòng)迀移變得紊亂，降低表面風(fēng)沙的整體迀移運(yùn)動(dòng)，從而抑制風(fēng)沙的移動(dòng)，達(dá)到提高沙丘表面的固沙效果。
[0009]本發(fā)明裝置其特征在于是單電極風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置，其以沙丘表面為接觸分離的摩擦面，并不需要另外制備摩擦面與之面對(duì)面的組成摩擦組合。本發(fā)明為柔性風(fēng)力發(fā)電裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，可大規(guī)模分散布設(shè)安裝在流動(dòng)沙丘表面，不需要大型風(fēng)力發(fā)電裝置的地基基礎(chǔ)和相應(yīng)的地質(zhì)條件。
[0010]本發(fā)明裝置是柔性摩擦單電極在風(fēng)力作用下抖動(dòng)實(shí)現(xiàn)與沙丘或沙粒表面發(fā)生接觸和分離，其特征是當(dāng)沙漠中的風(fēng)力越大時(shí)，柔性摩擦電極與沙丘發(fā)生接觸和分離的強(qiáng)度越高，頻率越快，柔性摩擦單電極產(chǎn)生的電量也就越多。
[0011]根據(jù)上述原理研制的本發(fā)明的風(fēng)力風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置包括:柔性摩擦電極，固定支撐裝置和整流輸出裝置。
[0012]所述柔性摩擦電極包括導(dǎo)電層，絕緣層和摩擦層。絕緣層位于導(dǎo)電層之下或包裹導(dǎo)電層，摩擦層與沙丘接觸面對(duì)應(yīng)，本發(fā)明的電極可不設(shè)摩擦層但易導(dǎo)致摩損和壽命縮短；柔性摩擦電極也可以只設(shè)導(dǎo)電層，使其同時(shí)充當(dāng)摩擦介體，但金屬電極抖動(dòng)效果較弱，容易漏電同時(shí)影響耐磨程度和使用壽命。因此，一般設(shè)絕緣層增強(qiáng)摩擦起電效果和使用壽命。
[0013]所述絕緣層位于導(dǎo)電層之下，絕緣層與沙丘表面摩擦產(chǎn)電；所述導(dǎo)電層材料可以為鋁箔，錫箔，銅箔等金屬及其合金薄膜，厚度為0.05mm?0.5mm也可以是鎳網(wǎng)，銅網(wǎng)，鐵絲網(wǎng)等金屬絲及其合金絲網(wǎng)，厚度為0.1mm?1mm，也可以是導(dǎo)電膠帶，摻有導(dǎo)電材料的導(dǎo)電布以及鍍有金屬電極的高分子聚合物等復(fù)合材料，厚度為0.1?10 μπι。絕緣層可以只覆蓋在導(dǎo)電層的下面，也可以將上下包裹導(dǎo)電層以減少漏電。
[0014]所述導(dǎo)電層與絕緣層之間的結(jié)合，可以通過(guò)涂布、膠粘、裝訂、縫合、熱壓、固結(jié)等不同方式粘接，為了增強(qiáng)導(dǎo)電性可以添加石墨，石墨烯，活性炭，炭黑粉，金屬粉體等導(dǎo)電材料。
[0015]所述絕緣材料材質(zhì)可以使用聚乙烯，聚氯乙烯，聚乙烯醇，聚丙烯，聚偏氟乙烯，聚四氟乙稀，聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷、聚丙烯、聚苯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯、聚異丁烯、聚氨酯彈性海綿、聚乙烯醇縮丁醛、聚丙烯腈等高分子絕緣材料，也可以選用多種柔性材料，包括:尼龍、滌綸、芳綸、腈綸、絲綢、純棉、亞麻、皮毛、紙等各種化纖或天然纖維類柔性材料；絕緣材料厚度為0.1mm?1.5mm，絕緣材料可以是無(wú)紡布，針織布，植絨布、絨面布，絲光布，條紋布等多種類型。
[0016]為了增強(qiáng)電極與沙漠表面的摩擦產(chǎn)電效果，提高耐摩性能，所述絕緣層下可增加摩擦層，具體為在絕緣層表面固定格柵狀，長(zhǎng)條狀，圓錐，立方錐，三角錐以及斑點(diǎn)狀凸起，凸起材料為橡膠，樹(shù)脂或?yàn)r青，從而增加絕緣材料與沙塵的摩擦程度，提高沙丘表面粗糙度，增強(qiáng)防風(fēng)固沙及摩擦產(chǎn)電效果。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的柔性摩擦電極，其形狀可以選用多種形式，包括長(zhǎng)條形，矩形，菱形，三角形，橢圓形，鋸齒形，波浪形，花邊形等形狀。
[0018]本發(fā)明還包括固定支撐裝置，所述固定支撐裝置包括固定桿和支撐桿。固定桿用于柔性摩擦電極固定，支撐桿與固定桿連接用于支撐。所述固定支撐為具有一定強(qiáng)度，底部尖端的支撐桿，用于在沙丘中直接插入固定。整個(gè)裝置通過(guò)機(jī)械或人工方式插入沙丘中，支撐桿上部的柔性摩擦發(fā)電電極與沙丘的間隔高度可以通過(guò)插拔方式調(diào)節(jié)。固定支撐的材質(zhì)主要包括塑料，橡膠，玻璃，木材，竹子，陶瓷，水泥以及鋼筋，銅，鐵，鋁等金屬材質(zhì)，固定桿可以為實(shí)心或中空管狀，固定支撐的形狀包括十字架型，十字花型，干字型，門(mén)框型，丁字形，V型和I型，Y型等各種形狀。
[0019]本發(fā)明所述柔性摩擦電極作為單電極固定在固定桿上，柔性摩擦電極與固定支撐裝置的固定形式包括:通過(guò)細(xì)繩，鐵絲，鋼絲，繩索等方式綁定在固定桿上，也可以通過(guò)直接扣壓，粘接，膠連，縫合，錨固等方式固定在固定桿上。固定支撐裝置的支撐桿插入沙丘中固定位置，因此通過(guò)治風(fēng)來(lái)治沙，利用對(duì)風(fēng)空氣流的擾亂和增加風(fēng)向無(wú)序性來(lái)抑制沙粒的揚(yáng)起和定向迀移，并不直接固定沙粒本身。
[0020]本發(fā)明所述固定支撐裝置的支撐桿底端為錐形，錐角為30?75°，錐形材料為導(dǎo)體同時(shí)起到接地電極作用，其材質(zhì)可以為鐵，銅，銀，鋁，錫，鉻等導(dǎo)電金屬或合金，也可以為碳纖維材質(zhì)。錐底一方面提高貫入過(guò)程中的材料強(qiáng)度便于插入沙丘中，一方面起到沙丘內(nèi)的大地接地作用。在固定支撐內(nèi)部有帶狀摩擦發(fā)電電極和接地電極的各自連接導(dǎo)線，兩電極導(dǎo)線通過(guò)橋式整流器整流為直流輸出至電量收集導(dǎo)線，整個(gè)系統(tǒng)原理示意如圖4所示，大量柔性摩擦電極產(chǎn)生的低頻脈沖電流經(jīng)整流和濾波之后被收集存儲(chǔ)到電容器或電池等電能存儲(chǔ)單元之中，也可以在整流之后通過(guò)升壓逆變器并網(wǎng)或供給當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)使用。
[0021]本發(fā)明所述防風(fēng)固沙的風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置，其通過(guò)人工或機(jī)械化方式連續(xù)插入沙丘之中，其可以分散布設(shè)固定在流動(dòng)沙丘的表面，不需要大型風(fēng)力發(fā)電裝置的地基基礎(chǔ)和相應(yīng)的地質(zhì)條件。柔性摩擦電極與沙丘表面之間的摩擦空隙的可以根據(jù)沙丘地形，當(dāng)?shù)爻Ｄ昶骄L(fēng)速等因素進(jìn)行插拔調(diào)節(jié)，從而使得裝置不受沙埋影響。因此，該裝置具有鋪設(shè)簡(jiǎn)單，材料價(jià)格低廉可以自適應(yīng)風(fēng)沙環(huán)境，從而起到長(zhǎng)期有效固沙和摩擦發(fā)電的裝置。
[0022]本發(fā)明的風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置，其柔性摩擦電極根據(jù)常年風(fēng)力和固沙裝置在迎風(fēng)坡的不同位置采用的柔性摩擦電極的長(zhǎng)度也不相同。其尺寸長(zhǎng)度為其在固定桿上距離地面高度的0.5?10倍，寬度為其距離地面高度0.2?2倍。
[0023]本發(fā)明的風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置，其柔性摩擦電極在固定桿的高度應(yīng)該根據(jù)沙漠地貌類型和地形起伏波動(dòng)而因地制宜，依據(jù)沙害程度的不同設(shè)置不同類型與規(guī)格的風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置。彼此之前不相互干擾，從而形成柔性摩擦電極防風(fēng)固沙陣列，陣列包括菱形，矩形，圓形，田字形，米字形等。
[0024]在地形相對(duì)比較平緩且沙丘高度不大的地段，如迎風(fēng)坡之前的平緩開(kāi)闊沙地，柔性摩擦電極離地高度應(yīng)該在0.5?1.5m固定，柔性摩擦電極間距應(yīng)為0.5m?5m ;隨著風(fēng)沙侵害沙丘本身，迎風(fēng)坡部位適合于0.2m?2m的離地高度，柔性摩擦電極間距應(yīng)為0.5m?2m規(guī)格布設(shè)；在背風(fēng)部位柔性摩擦電極高度應(yīng)該在0.5m?2m，布設(shè)規(guī)格適合于0.5m?4m ;在地形變化復(fù)雜，受到風(fēng)沙侵害較為嚴(yán)重的地段，需要布設(shè)操作較為容易的草方格或復(fù)膜沙袋阻沙體活動(dòng)沙障結(jié)合使用，來(lái)加強(qiáng)前沿阻沙力度。
[0025]本發(fā)明方法和裝置的創(chuàng)新性是利用防風(fēng)固沙裝置在風(fēng)力抖動(dòng)的過(guò)程中，即增加沙丘表面粗糙度來(lái)治沙，又利用風(fēng)能使電極與沙丘表面的摩擦來(lái)發(fā)電，最終依靠這種柔性摩擦電極產(chǎn)生的不穩(wěn)定湍流和不確定風(fēng)向減弱了沙丘迎風(fēng)坡表面的主導(dǎo)風(fēng)向的慣性剪切作用，減少了沙粒朝著主導(dǎo)風(fēng)向迀移的速度，從而達(dá)到防風(fēng)固沙的效果。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置，其與現(xiàn)有固沙裝置和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)有顯著的優(yōu)點(diǎn)，主要包括以下四個(gè)方面:
[0027]1.將風(fēng)力發(fā)電和防風(fēng)固沙技術(shù)相結(jié)合，現(xiàn)有的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，由于自身裝置體積和條件的限制，并不能建設(shè)在活動(dòng)沙丘上，也不能對(duì)沙漠地區(qū)起到防風(fēng)固沙的作用。本發(fā)明將風(fēng)力摩擦起電與防風(fēng)固沙技術(shù)相結(jié)合，起到了即利用風(fēng)沙迀移的風(fēng)力發(fā)電能量收集，又抑制活動(dòng)沙丘迀移的防風(fēng)固沙雙重效果。
[0028]2.使用柔性摩擦單電極，以沙丘和沙粒為摩擦對(duì)象?，F(xiàn)有風(fēng)力摩擦發(fā)電技術(shù)都需要構(gòu)建一對(duì)摩擦副，即使單電極層也需要面對(duì)面的對(duì)應(yīng)摩擦層，這導(dǎo)致技術(shù)的成本增加和使用條件的限制。本發(fā)明使摩擦單電極在風(fēng)力的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)沙地表面摩擦的降低風(fēng)沙迀移的同時(shí)，使得電極摩擦帶電。這種方法即減少了風(fēng)力風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置的成本，又提高了摩擦裝置的湍流效果和增加沙丘表面的粗糙度，無(wú)需納米技術(shù)增強(qiáng)發(fā)電效果。
[0029]3.具有自適應(yīng)性，不破壞生態(tài)環(huán)境。現(xiàn)有固沙技術(shù)如表面封蓋或土工沙障等技術(shù)，由于受風(fēng)沙的掩埋，其為一次性構(gòu)筑物；同時(shí)由于受沙漠西北地區(qū)晝夜季節(jié)溫差大，白天日照強(qiáng)烈，物理風(fēng)化和變性老化嚴(yán)重，所消耗材料易風(fēng)化侵蝕，不能二次利用且對(duì)沙地地表的生態(tài)環(huán)境造成破壞。本發(fā)明的風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置，對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)具有自適應(yīng)性，無(wú)風(fēng)條件下下垂收縮，在不起風(fēng)沙的時(shí)候起到對(duì)裝置的保護(hù)作用。
[0030]4.重復(fù)利用性，高度可調(diào)，材料成本低廉。現(xiàn)有固沙技術(shù)在構(gòu)筑之后無(wú)法調(diào)節(jié)適應(yīng)現(xiàn)實(shí)風(fēng)沙復(fù)雜多變的條件。本發(fā)明的裝置插入沙丘的深度可以調(diào)節(jié)，在沙丘修復(fù)變化或風(fēng)減弱情況下，可以拔出安裝在其他沙漠化地帶。因此，本發(fā)明的風(fēng)力固沙風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置，其高度可調(diào)，并可以取出重復(fù)利用，如果在通過(guò)機(jī)械化設(shè)備布設(shè)可以大幅度節(jié)省防風(fēng)固沙的成本。本發(fā)明的風(fēng)力風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置，單體體積小，無(wú)需采用葉片等機(jī)械裝置收集風(fēng)能，可以建立在活動(dòng)沙丘表面上，成本低廉，能大面積使用。
【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的防風(fēng)治沙風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置的原理示意圖；
[0032]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置的柔性摩擦單電極結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的防風(fēng)治沙風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置的防風(fēng)治沙及風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置的原理性示意圖；
[0034]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的防風(fēng)治沙風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置的電路原理示意圖。
[0035]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的防風(fēng)治沙風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置的摩擦產(chǎn)電效果圖。
[0036]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的防風(fēng)治沙風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置的布設(shè)示意圖。
[0037]以上圖中圖例，1-支撐桿錐尖接地電極，2-固定桿，3-柔性摩擦電極，4-支撐桿，5-電極導(dǎo)線，6-導(dǎo)電層，7-絕緣層，8-摩擦層，9-沙丘，10-風(fēng)力。
【具體實(shí)施方式】
[0038]為充分了解本發(fā)明的發(fā)明目的、特征及功效，借由下述具體的實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明并不僅僅限于此。
[0039]本發(fā)明是利用柔性摩擦電極在氣流中抖動(dòng)和對(duì)沙丘表面的摩擦拍打，從而增加空氣湍流和沙丘表面粗糙度，進(jìn)而抑制風(fēng)力對(duì)沙粒的揚(yáng)起和躍動(dòng)。由于風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)中沙塵本身是帶電的，當(dāng)沙塵與摩擦電極碰撞時(shí)，其表面所帶的靜電電荷累積到摩擦電極上，當(dāng)外力去掉后，所帶電荷又被接觸釋放，這種循環(huán)往復(fù)的接觸-分離導(dǎo)致電極持續(xù)的摩擦起電和放電，形成隨風(fēng)抖動(dòng)脈沖式產(chǎn)電效果。
[0040]當(dāng)大幅度增加沙丘表面氣流的湍流時(shí)，會(huì)大大降低迎風(fēng)坡表面沙粒受到的定向有序的風(fēng)力迀移，其沙粒迀移會(huì)產(chǎn)生混沌無(wú)序現(xiàn)象。因此當(dāng)風(fēng)將沙丘表面的柔性摩擦電極吹起抖動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的湍流可以有效的抑制沙粒的迀移。如圖3所示，風(fēng)力10導(dǎo)致摩擦發(fā)電裝置固定桿2上的柔性摩擦電極3抖動(dòng)振蕩時(shí)，其風(fēng)力越大強(qiáng)度越高，頻率越快，這樣與沙丘表面9的摩擦效果越好，裝置可以把風(fēng)能揚(yáng)沙能量轉(zhuǎn)化為摩擦起電能量和沙粒振動(dòng)的耗散能量，使得整個(gè)沙丘迀移得到抑制，從而達(dá)到防風(fēng)固沙的效果。
[0041]具體實(shí)施例一
[0042]根據(jù)上述原理研制的本發(fā)明的風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置如圖1所示，包括:柔性摩擦電極、固定桿和支撐桿。其中，柔性摩擦電極為在風(fēng)力吹動(dòng)下抖動(dòng)導(dǎo)致摩擦發(fā)電的主要發(fā)生裝置，所述柔性摩擦電極包括導(dǎo)電層，絕緣層以及摩擦層，如圖2所示，導(dǎo)電層為鋁箔或鐵絲網(wǎng)金屬導(dǎo)電材質(zhì)，厚度為0.15mm,絕緣層為化纖無(wú)紡布，厚度為0.5_。為減少漏電發(fā)生提高產(chǎn)電效果，絕緣層可以將導(dǎo)電層通過(guò)樹(shù)脂膠上下包裹粘接。在絕緣層表面通過(guò)熱壓印直徑為5mm的網(wǎng)格狀橡膠斑點(diǎn)作為摩擦層，從而增大風(fēng)沙湍流和耐摩擦性能；柔性摩擦電極本身通過(guò)牛筋線縫合固定在固定桿上，柔性摩擦電極為長(zhǎng)條形，其長(zhǎng)度為75cm，寬度為35cm，柔性摩擦電極邊緣為波浪形。
[0043]所述固定桿為木質(zhì)橫桿，寬度為35cm，直徑2cm，主要用于固定展開(kāi)柔性摩擦電極，其可以為木質(zhì)或竹質(zhì)材質(zhì)，也可以使用金屬材質(zhì)。固定桿固定于支撐桿上，使之與支撐組成T字型結(jié)構(gòu)，所述支撐桿長(zhǎng)度為120cm，支撐桿底部6cm為錐形，其錐角為55°，為鐵皮材質(zhì)利于插入固定于沙丘之中，在沙丘底部支撐桿插入沙丘的深度為60cm，支撐桿高度與柔性摩擦電極長(zhǎng)度之比為4: 5。在沙丘中部支撐桿插入沙丘的深度為70cm，支撐桿出露高度與柔性摩擦電極長(zhǎng)度之比為2: 3。在沙丘上部支撐桿插入沙丘的深度為75cm，支撐桿出露高度與柔性摩擦電極長(zhǎng)度之比為3: 5。風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置在沙丘上布置呈現(xiàn)菱形布局和排狀布局，裝置個(gè)體之間橫向間距是0.5m，縱向間距是lm，布局如圖6所示。
[0044]具體實(shí)施例二
[0045]下面結(jié)合圖2詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的防風(fēng)固沙風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置的制造方法，具體的包括如下步驟:
[0046]1.制作柔性摩擦電極，所述柔性摩擦電極為牛皮紙材質(zhì)，上面通過(guò)磁控濺射鍍厚度為0.2 μ m的銅導(dǎo)電薄膜電極，在牛皮紙另一側(cè)表面通過(guò)熱壓印直徑和間隙均為2_的瀝青斑點(diǎn)，從而增大風(fēng)沙湍流和耐摩擦性能；柔性摩擦電極本身通過(guò)強(qiáng)力膠粘固定在固定桿上，柔性摩擦電極長(zhǎng)度為20cm，寬度為10cm，柔性摩擦電極邊緣為矩形。
[0047]所述固定桿為聚乙稀塑料管，固定桿寬度為10cm，直徑1cm，主要用于固定展開(kāi)柔性摩擦電極。固定桿固定于支撐桿上，支撐桿本身也為塑料管狀結(jié)構(gòu)，所述固定桿與支撐桿之間是通過(guò)熱塑性融合粘接的。所述支撐桿長(zhǎng)度為40cm，支撐桿底部5cm為錐形，錐角為45°包覆鋁箔材質(zhì)，在沙丘底部支撐桿插入沙丘的深度為30cm，支撐桿出露高度與柔性摩擦電極長(zhǎng)度之比為1: 2。
[0048]在風(fēng)速大于5.5m/s時(shí)，風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置的柔性摩擦電極張開(kāi)抖動(dòng)，風(fēng)速在大于7m/s時(shí)沙粒開(kāi)始無(wú)序運(yùn)動(dòng)，摩擦發(fā)電機(jī)此時(shí)產(chǎn)電效果如圖5所示。而相比對(duì)照沙丘，沒(méi)有風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置的沙丘在風(fēng)速4.5m/s時(shí)小顆粒躍移，在風(fēng)速為7.2m/s時(shí)沙粒開(kāi)始大量規(guī)律迀移。
[0049]盡管已經(jīng)結(jié)合特定的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是并不是限定于此處描述的特定形式。而是，本發(fā)明的范圍僅僅由后附的權(quán)利要求限制。在權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)“包括”不排除存在其它部件或步驟。此外，盡管各個(gè)特征可以包括在不同的權(quán)利要求中，但是這些特征可以被有利地組合，且在不同權(quán)利要求中包含的內(nèi)容不意味著特征的組合是不可行和/或不利的。此外，單個(gè)的含義不排除多個(gè)。此外，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為對(duì)范圍的限制。
[0050]以上所述僅是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明精神的前提下，可以作出若干改進(jìn)、修改、和變形，這些改進(jìn)、修改、和變形都應(yīng)視為落在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于沙漠治理防風(fēng)固沙的風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置，其特征在于采用柔性摩擦單電極，風(fēng)力抖動(dòng)實(shí)現(xiàn)與沙丘表面或沙粒發(fā)生摩擦接觸分離，從而電極摩擦帶電并在與插入沙下的接地電極(等電位源)間輸出電流；柔性電極抖動(dòng)中同時(shí)增加空氣湍流，增強(qiáng)沙丘表面粗糙度，抑制風(fēng)沙定向有序迀移，實(shí)現(xiàn)防風(fēng)固沙的效果。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置，其所述裝置由柔性摩擦電極，固定支撐裝置和整流輸出裝置三部分組成: 所述柔性摩擦電極包括導(dǎo)電層，絕緣層和摩擦層三部分，絕緣層位于導(dǎo)電層之下或上下包裹導(dǎo)電層，摩擦層與沙丘接觸面對(duì)應(yīng)，電極可以不設(shè)摩擦層，也可只設(shè)導(dǎo)電層，使其同時(shí)充當(dāng)摩擦介體； 所述固定支撐包括固定桿和支撐桿；固定支撐內(nèi)部有帶狀摩擦發(fā)電電極和接地電極各自引出導(dǎo)線連接，通過(guò)導(dǎo)線將兩電極間電流輸?shù)秸鬏敵鲅b置。 所述整流輸出裝置包括整流單元，存儲(chǔ)單元和逆變并網(wǎng)單元，大量柔性摩擦電極產(chǎn)生的低頻脈沖電流經(jīng)整流和濾波之后被收集存儲(chǔ)到電容器或電池等電能存儲(chǔ)單元之中，也可以在整流之后通過(guò)升壓逆變器并網(wǎng)買(mǎi)電或供給當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)使用。3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置，其柔性摩擦電極特征是所述導(dǎo)電層材料可以為鋁箔，錫箔，銅箔等金屬及其合金薄膜，厚度為0.05_?0.5_;也可以是鎳網(wǎng)，銅網(wǎng)，鐵絲網(wǎng)等金屬絲及其合金絲網(wǎng)，厚度為0.1mm?Imm ;也可以是導(dǎo)電膠帶，摻有導(dǎo)電材料的導(dǎo)電布以及鍍有金屬電極的高分子聚合物等復(fù)合材料，厚度為0.1?ΙΟμπι。4.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置，其柔性摩擦電極特征包括:所述絕緣層的材質(zhì)可以使用聚乙烯，聚氯乙烯，聚乙烯醇，聚丙烯，聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯，聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷、聚丙烯、聚苯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯、聚異丁烯、聚氨酯彈性海綿、聚乙烯醇縮丁醛、聚丙烯腈等高分子薄膜絕緣材料，也可以選用尼龍、滌綸、芳綸、腈綸、絲綢、純棉、亞麻、皮毛、紙等各種化纖或天然纖維類柔性材料；絕緣材料厚度為0.1mm?1.5_，絕緣材料也可以是無(wú)紡布，針織布，植絨布、絨面布，絲光布，條紋布等多種類型。5.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置，其柔性摩擦電極特征包括:所述導(dǎo)電層與絕緣層之間的結(jié)合，可以通過(guò)涂布、膠粘、裝訂、縫合、熱壓、固結(jié)等不同方式粘接，為了增強(qiáng)導(dǎo)電性可以添加石墨，石墨烯，活性炭，炭黑粉，金屬粉體等導(dǎo)電材料。6.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置，其柔性摩擦電極特征包括:所述絕緣層下加摩擦層，具體為在絕緣層表面固定格柵狀，長(zhǎng)條狀，圓錐，立方錐，三角錐以及斑點(diǎn)狀凸起，凸起材料為橡膠，樹(shù)脂或?yàn)r青，從而增加絕緣材料與沙塵的摩擦程度，提高沙丘表面粗糙度，增強(qiáng)防風(fēng)固沙及摩擦產(chǎn)電效果。7.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置，其特征還包括柔性摩擦電極與固定支撐頂部上的固定形式:通過(guò)細(xì)繩，鐵絲，鋼絲，繩索等方式綁定在固定桿上，也可以通過(guò)直接扣壓，粘接，膠連，縫合，錨固等方式固定在固定桿上。8.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置，其特征還包括固定支撐，固定支撐的材質(zhì)主要包括塑料，橡膠，玻璃，木材，竹子，陶瓷，水泥以及鋼筋，銅，鐵，鋁等金屬材質(zhì)，固定桿可以為實(shí)心或中空狀，固定支撐包括十字架型，十字花型，干字型，門(mén)框型，丁字形，V型和I型，Y型等形狀。9.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置，其特征還包括固定支撐的底端為錐形，錐角為30?75°，錐形材料為導(dǎo)體同時(shí)作為接地電極，其材質(zhì)可以為鐵，銅，銀，鋁，錫，鉻等導(dǎo)電金屬及其合金，也可以為碳纖維材質(zhì)。10.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置，其特征還包括可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)并利用機(jī)械或人工方式插入固定于沙丘中，且插入和固定深度也可以通過(guò)人工或機(jī)械插拔方式調(diào)節(jié)，從而使得裝置不受沙埋影響；裝置布設(shè)形成防風(fēng)固沙的風(fēng)力摩擦發(fā)電裝置陣列，形狀包括菱形，矩形，圓形，田字形，三角形，米字形等。
【文檔編號(hào)】H02N1/04GK105897034SQ201510001078
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年1月5日
【發(fā)明人】李澤唐
【申請(qǐng)人】李澤唐