一种多层球体式波浪能收集装置

1.本发明涉及波浪能的收集以及波浪能发电系统技术领域，具体而言，尤其涉及一种多层球体式波浪能收集装置。


背景技术：

2.地球表面百分之七十都是海洋，蕴含着无穷无尽的能量，如果能够充分利用海洋资源，高效率地对波浪能进行聚集然后进行转化，它的开发和利用对缓解能源危机和减少环境污染是非常重要的。汹涌的海浪运动产生巨大的、永恒的和环保的能量，如果能将海浪的动能及其他水面的波浪能充分利用起来，则世界能源的前景会相当广阔和光明。
3.对于现有的潮汐能及波浪能的采集方式分别有振荡水柱式、振荡浮子式、摆式、点头鸭式和收缩坡道式。但是现有的采集方式存在以下缺陷：波浪能收集装置结构繁琐，转化过程中易造成能量损耗，能量采集率低；装置安装成本高，施工周期长或施工过程繁琐，耗费人力；设备零件长期浸泡于海水中，受海水侵蚀严重，需经常更换；对波浪能的振动频率以及振幅要求较高。


技术实现要素：

4.根据上述提出现有的波浪能发电装置所存在的问题及近海波浪能发电的需求，提供一种多层球体式波浪能收集装置。该装置可实现在海面上随着波浪来回起伏，进而引起球体夹层间小球的滚动，实现对波浪能的高效转换，提高发电效率；同时可充分利用波浪能，实现清洁能源的收集利用。
5.本发明采用的技术手段如下：
6.一种多层球体式波浪能收集装置，包括：多层球体、储能装置以及设置在多层球体内部的发电装置；其中：
7.所述多层球体，包括上球体、下部最外层球体、下部中间层球体以及下部最里层球体；
8.所述发电装置，包括发电管道以及设置在发电管道内部的铜膜部分、空白部分以及发电小球；
9.所述储能装置，包括整流桥、稳压电容以及储能电池。
10.进一步地，所述下部最外层球体与所述上球体通过密封螺纹连接，用于实现对装置的密封。
11.进一步地，所述多层球体中的每层球体之间均存在直径为10mm的发电管道，其中，下部最外层球体与下部最里层球体仅一个表面起到构建管道的作用。
12.进一步地，所述发电管道按照弧度分为6个部分，每相隔一个部分为铜膜部分，其中铜膜部分之间间隔部分为空白部分。
13.进一步地，所述铜膜部分包括第一铜膜、第二铜膜、第三铜膜、第四铜膜、第五铜膜以及第六铜膜，其中，第一铜膜、第二铜膜、第三铜膜、第四铜膜、第五铜膜以及第六铜膜均
通过导线连接。
14.进一步地，所述发电管道顶部设置一个长度为10mm的凸台，用于固定管道宽度。
15.进一步地，所述多层球体和凸台的材料均为有机亚克力。
16.进一步地，所述发电小球材料为ptfe，直径为8mm，每个发电管道内设置24粒发电小球。
17.进一步地，所述发电小球在发电过程中起到摩擦负极材料作用，所述发电小球与铜膜相比具有极高的电负性，在与铜膜接触过程中，由于摩擦起电效应中能够获得电子，使得带有负电荷，当两个摩擦层分离后，由于所述发电小球是非金属材料，能够束缚电子很长一段时间，当所述发电小球与其他铜膜接触时，由于电荷平衡能够使得电子在两个正极材料之间转移，产生与电子转移方向相反的且等量的电流。
18.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
19.本发明提供的多层球体式波浪能收集装置，可实现在海面上随着波浪来回起伏，进而引起球体夹层间小球的滚动，实现对波浪能的高效转换，提高发电效率；同时可充分利用波浪能，实现清洁能源的收集利用。
20.基于上述理由本发明可在波浪能的收集以及波浪能发电系统等领域广泛推广。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明多层球体式波浪能收集装置的结构图。
23.图2为本发明下部最外层球体结构及尺寸图。
24.图3为本发明下部中间层球体结构及尺寸图。
25.图4为本发明下部最里层球体结构及尺寸图。
26.图5为本发明上球体结构及尺寸图。
27.图6为本发明发电小球尺寸图。
28.图7为本发明发电通道示意图。
29.图8为现有技术中储能部分的整流电路。
30.图9为现有技术中储能电池示意图。
31.图中：1-x、铜膜部分；1-1、第一铜膜；1-2、第二铜膜；1-3、第三铜膜；1-4、第四铜膜；1-5、第五铜膜；1-6、第六铜膜；2-x、管道空白部分；3、发电小球；4、发电管道；5、整流桥；6、密封螺纹；7、上球体；8、下部最外层球体；9、下部中间层球体；10、下部最里层球体；11、储能电池；12、导线。
具体实施方式
32.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
33.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例
中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
35.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
36.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
37.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
38.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
39.如图1所示，本发明提供了一种多层球体式波浪能收集装置，包括：多层球体、储能装置以及设置在多层球体内部的发电装置；其中：
40.所述多层球体，包括上球体7、下部最外层球体8、下部中间层球体9以及下部最里层球体10；如图2-图5所示，下部最外层球体8内外直径分别为95mm和89mm，下部中间层球体9内外直径分别为79mm和74mm，下部最里层球体10内外直径分别为64mm和59mm，上球体7内外直径分别为95mm和89mm。
41.所述发电装置，包括发电管道以及设置在发电管道4内部的铜膜部分1-x、空白部分2-x以及发电小球3；
42.所述储能装置，包括整流桥5、稳压电容以及储能电池11。如图8所示，本装置的储能部分由整流桥5、稳压电容以及可充电锂电池组成。由于发电装置在发电过程中受波浪的起伏幅度、频率以及易受风能等其他外界因素影响，电压极其不稳定，故需要整流桥5以及稳压电容对转换的电能进行处理再进行储存。其中每一个管道构成独立的回路，每个独立的回路连接一个整流桥5，最后通过串联达到累积电压的目的。
43.具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述下部最外层球体8与所述上球体7通过密封螺纹6连接，用于实现对装置的密封，其中，密封螺纹6的螺纹高度为10mm，螺距为1mm。
44.具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述多层球体中的每层球体之间均存在直径为10mm的发电管道4，其中，下部最外层球体8与下部最里层球体10仅一个表面起到构建管道的作用。如图7所示，本图仅以一个管道内发电全过程进行讲述，在一个完整的发电周期内，共可分为4个阶段，电子在这个周期内通过摩擦生电以及电荷平衡两个原理来实现电子在发电小球3与铜膜、两个相邻铜膜之间的转移，最终形成电流，产生电压，实现波浪能与电能之间的转换。
45.具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述发电管道按照弧度分为6个部分，每相隔一个部分为铜膜部分1-x，其中铜膜部分1-x之间间隔部分为空白部分2-x。
46.具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述铜膜部分包括第一铜膜1-1、第二铜膜1-2、第三铜膜1-3、第四铜膜1-4、第五铜膜1-5以及第六铜膜1-6，其中，第一铜膜1-1、第二铜膜1-2、第三铜膜1-3、第四铜膜1-4、第五铜膜1-5以及第六铜膜1-6均通过导线12连接。
47.具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述发电管道顶部设置一个长度为10mm的凸台，用于固定管道宽度。
48.具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述多层球体和凸台的材料均为有机亚克力。
49.具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图6所示，所述发电小球3材料为ptfe，直径为8mm，每个发电管道内设置24粒发电小球3。所述发电小球3在发电过程中起到摩擦负极材料作用，所述发电小球3与铜膜相比具有极高的电负性，在与铜膜接触过程中，由于摩擦起电效应中能够获得电子，使得带有负电荷，当两个摩擦层分离后，由于所述发电小球3是非金属材料，能够束缚电子很长一段时间，当所述发电小球3与其他铜膜接触时，由于电荷平衡能够使得电子在两个正极材料之间转移，产生与电子转移方向相反的且等量的电流。
50.本装置的工作原理如下：
51.下面对一个夹层发电管道内的发电过程进行阐述，当装置在海面上受到海浪的冲击时，发电小球3将会在对应的管道内上下滚动，在这个过程中，铜模1-x之间通过铜导线12相连。发电小球3将会与第一铜膜1-1及第四铜膜1-4接触，由于摩擦生电，会使得发电小球3带有足量负电荷，当发电小球3离开第一铜膜1-1及第四铜膜1-4为到达第二铜膜1-2及第五铜膜1-5的过程中，由于电荷平衡原理，将会使得电子由第二铜膜1-2、第三铜膜1-3及第五
铜膜1-5、第六铜膜1-6分别流向第一铜膜1-1及第四铜膜1-4，进而在回路中产生电荷；当发电小球3接触第二铜膜1-2及第五铜膜1-5后，又会由于摩擦生电原理而使得小球带电，进而周而复始下去，使得装置把波浪能转换为电能。由于波浪能的不规则性以及低频性，将会使得产生的电压不稳定，故需通过整流桥5进行整流处理，又因经过整流桥5整流后，输出电压不是真正意义上的直流电压，而是单向脉动电压，这样的电压有强度的变化跳跃，会对储能电池造成冲击。因此需要一个电容器将单向波脉动电压变成均匀电压，本实施例中采用的是具有容量大、有较好的抗冲击性等特点的铝电解电容器。最后将经过转换后的电能利用如图9所示的储能电池11进行储存，以备后续用电器使用。
52.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。