高脉冲电流的液固摩擦纳米发电机和海上设备防腐蚀装置

本技术涉及波浪能发电和海上设备防腐蚀，更具体地，涉及一种高脉冲电流的液固摩擦纳米发电机和海上设备防腐蚀装置。

背景技术：

1、微生物腐蚀是一种普遍存在于海洋运输、海洋养殖、海底石油运输等海洋环境中的材料腐蚀失效行为。海洋中航行的船只由于常年累月的微生物附着，导致船体外部腐蚀严重，不仅增加了航行阻力、降低航速、增大油量损耗，还要耗费人力定时清理；用于监测水文气象的航标，由于微生物附着造成使用寿命大大缩减，造成资源浪费。目前普遍的措施包括物理法、化学法、防护涂层法。使用化学消杀是一种简便且行之有效的方法，通过电解海水产生氯气，次氯酸根离子是杀菌剂中主要的成分，既可有效的抑制海洋中微生物在海上设备的附着作用，也不会对海洋环境造成危害。

2、地球上超过70％被水覆盖，拥有着丰富的海洋资源，同时蕴含着巨大的能源，被称为蓝色能源，其中波浪能是指海洋表面波浪的动能和势能，具有功率密度高、分布广的优点。但是目前对海上资源的开发十分有限，目前多利用电磁发电。传统的电磁发电机通常由复杂且体积庞大的机械结构组成，能源的转换包括从波浪中蕴含的动能转化为线圈转动的机械能，最后通过切割磁感线产生电能，中间经过了二级转换，因而电磁发电机总体转化效率低。这种收集能量的方式适合高频的运动，而海上波浪恰恰是一种低频运动，运动周期一般低于1hz。

3、随着摩擦纳米发电技术的发展，愈来愈多的学者将摩擦纳米发电机运用于各种生活生产的场合。现有电解海水的摩擦纳米发电装置中，多数采用的为固固式摩擦纳米发电机，虽此种发电模式功率较高，但存在着摩擦层之间的摩擦磨损，而液固摩擦纳米发电机不仅可以极大的减小磨损，并且大幅增加了摩擦电极之间的接触面积。由于现有的摩擦纳米发电机具有输出电压高、内阻抗大和电流小的特性，输出的电量并不能直接接上电解电极，防腐蚀效果也较差。

4、现有技术中公开了一种利用波浪能发电防止海工平台海潮差腐蚀的方法，通过摩擦纳米发电机网络将海洋波浪能转变为交流电能，并将交流电能转变为直流电能后，将直流电能施加在海工平台腐蚀金属和对电极上；该现有技术中的摩擦纳米发动机包括固固接触摩擦纳米发电机和液固摩擦纳米发电机，但是波浪能转化为电能的效率低，且使用寿命短，维护成本高；另外，该现有技术中的摩擦纳米发电机单位体积下的发电功率仍然较低，且无法灵活调节电解电流大小。

技术实现思路

1、本实用新型为克服上述现有技术中的摩擦纳米发电机的发电效率和输出功率均较低的缺陷，提供一种高脉冲电流的液固摩擦纳米发电机和海上设备防腐蚀装置，能够充分利用海上蕴藏的波浪能实现海上装备的自供电防腐蚀，同时解决摩擦纳米发电机输出与电解海水的电流和电压不匹配问题。

2、为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

3、一种高脉冲电流的液固摩擦纳米发电机，包括：外部摩擦管体、摩擦液体、至少1个第一内部摩擦固体、至少1个第二内部摩擦固体、第一外部感应电极、第二外部感应电极、至少1个第一内部感应电极、至少1个第二内部感应电极、第一内部传导电极和第二内部传导电极；

4、所述外部摩擦管体为全封闭的空心结构，内部设置有预设体积的摩擦液体；

5、所述第一外部感应电极和第二外部感应电极分别紧密环绕设置在外部摩擦管体外表面的两端，且第一外部感应电极和第二外部感应电极无接触；

6、所述第一内部感应电极和第二内部感应电极分别对应设置在外部摩擦管体内部的两个相对侧表面上；所述第一内部摩擦固体紧密包裹设置在第一内部感应电极的外表面，第二内部摩擦固体紧密包裹设置在第二内部感应电极的外表面，且第一内部摩擦固体和第二内部摩擦固体无接触；

7、所述第一内部传导电极和第二内部传导电极分别设置在外部摩擦管体的内表面的两端；

8、所述外部摩擦管体、第一内部摩擦固体和第二内部摩擦固体均为相同的绝缘材料，所述绝缘材料的极性与摩擦液体的极性相反；

9、所述液固摩擦纳米发电机包括2组输出端口，分别为输出端口1和输出端口2，所述输出端口1具体为：将第一外部感应电极与第一内部感应电极并联作为一个输出端子，将第二内部传导电极作为另一个输出端子；所述输出端口2具体为：将第二外部感应电极与第二内部感应电极并联作为一个输出端子，将第一内部传导电极作为另一个输出端子。

10、优选地，所述外部摩擦管体、第一内部摩擦固体和第二内部摩擦固体的绝缘材料包括ptfe、pads和pet中的任意一种。

11、优选地，所述摩擦液体具体为去离子水、自来水和低于预设浓度的盐溶液或酸碱溶液中的任意一种。

12、优选地，所述第一外部感应电极、第二外部感应电极、第一内部感应电极、第二内部感应电极、第一内部传导电极和第二内部传导电极均为导电材料，所述导电材料包括铜、铝和银中的任意一种。

13、优选地，所述第一内部感应电极和第二内部感应电极的形状包括片状、螺旋状、圆柱状和环状中的任意一种。

14、优选地，所述第一内部传导电极和第二内部传导电极的设置方式包括贴附、喷镀和电镀中的任意一种。

15、本实用新型还提供一种海上设备防腐蚀装置，应用上述的一种高脉冲电流的液固摩擦纳米发电机，包括装置外壳，以及设置于装置外壳内部的：波浪能发电单元、电源管理单元、出水口、出水口阀门、通水管道、电解电极、进水口阀门、进水口、控制器、储能单元和浮体；

16、所述波浪能发电单元中阵列设置有若干个液固摩擦纳米发电机，每个液固摩擦纳米发电机的输出端口1顺次并联连接、输出端口2顺次并联连接；所述波浪能发电单元用于利用海上波浪能驱动每个液固摩擦纳米发电机沿外部摩擦管体轴向运动产生交流电；

17、所述波浪能发电单元依次与电源管理单元和储能单元电连接，所述储能单元的输出端依次与控制器和电解电极电连接；

18、所述电源管理单元用于将波浪能发电单元输出的交流电进行整流和滤波，并输出直流电至储能单元；

19、所述控制器用于根据不同的待防腐蚀设备控制输出到电解电极的电流与电压的大小；

20、所述通水管道为导电材料，通水管道的一端设置有出水口和出水口阀门，另一端设置有进水口阀门和进水口；进水口连通海水，出水口连通待防腐蚀设备；进水口阀门与出水口阀门用于调整通水管道内部海水的流量；

21、所述电解电极的阳极设置在通水管道内部，且与通水管道内表面无接触；电解电极的阴极设置在通水管道外表面；电解电极用于电解通水管道内部的海水产生氯气，氯气溶解后产生次氯酸根离子，从而实现海上设备的防微生物腐蚀；

22、所述浮体设置于装置外壳内部，用于使海上设备防腐蚀装置浮在海面上。

23、优选地，所述海上设备防腐蚀装置还包括导向板，所述导向板设置在装置外壳的外表面，用于引导每个液固摩擦纳米发电机沿外部摩擦管体轴向运动。

24、优选地，所述海上设备防腐蚀装置还包括锚链，所述锚链设置在装置外壳底部，用于固定海上防腐蚀装置的位置。

25、优选地，所述电解电极的阳极材料包括铅、银、铂和钛电极中的任意一种。

26、与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：

27、本实用新型提供了一种具有高瞬时电流输出的新型液固摩擦纳米发电机，通过引入内部感应电极和传导电极，不仅大幅度提升了相同体积下空间利用率，而且改善了初始管状液固摩擦纳米发电机单位体积下输出功率小的问题；其次，本实用新型还提供了一种海上设备防腐蚀装置，可以将多个发电机进行并联，实现电流叠加的稳定输出，可满足电解海水的功率需求，通过控制器和阀门可以控制管道内流出海水中次氯酸根离子的浓度，从而灵活调整防微生物腐蚀的效果；另外，本实用新型中的发电机所使用的材料均是海洋环境友好型，制造简单，成本低廉，并且可以根据需要保护面积的大小灵活调节电解电流大小，无需额外提供电源就可以实现海上设备防微生物腐蚀的功能。