一种基于筏式波浪能收集结构的合页式TENG装置

本发明属于波浪能收集领域，涉及一种基于筏式波浪能收集结构的合页式teng装置。

背景技术：

1、在化石能源危机和环境污染加剧的背景下，能源产业正在向着清洁低碳方向转变。海洋波浪能有望成为缓解能源危机和环境污染的重要能量来源。传统筏式波浪能收集装置通过铰链将波浪筏互相铰接在一起，组成波浪能量收集系统。由于波浪筏之间仅有角位移，即使在大浪下，该位移也不至于太大，故抗风浪性能较好。但是，传统筏式波浪能收集装置仅依靠波浪筏的运动带动液压装置收集波浪能，其装置的整体利用率较低。

2、近年来，摩擦纳米发电(triboelectric nanogenerator，teng)技术因成本低廉、结构简单和易于制造等优点成为具有巨大潜力的新型发电技术。中国文献cn116006383a提出一种浮标状的双层结构波浪能摩擦纳米发电机，其包括两个均设置在球形浮标内的发电装置，其中一个发电单元采用了上述摩擦纳米发电技术，利用垂荡波浪能和俯仰波浪能驱动两个发电单元发电。但是，仅靠一个浮标，对波浪能的利用率有限。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于筏式波浪能收集结构的合页式teng装置，以解决上述存在的现有波浪能发电装置对波浪能的利用率有限的问题。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种基于筏式波浪能收集结构的合页式teng装置，包括至少两个铰接的波浪筏，波浪筏的铰接处设有第一发电装置，至少一个波浪筏的内部设有第二发电装置，第一发电装置为teng装置，第一发电装置包括相对设置的第一旋转部和第二旋转部，第一旋转部和第二旋转部的相对面上分别涂覆不同的摩擦纳米材料，波浪筏在波浪作用下绕着波浪筏之间的铰接轴相对旋转，带动第一旋转部和第二旋转部同轴反向旋转而发电。

3、进一步地，所述两个铰接的波浪筏是第一波浪筏和第二波浪筏，第一旋转部是设置在第一波浪筏的一侧的第一圆盘，第二旋转部是设置在第二波浪筏一侧的第二圆盘，第一圆盘和第二圆盘同轴，且第一圆盘和第二圆盘的转轴与波浪筏之间的铰接轴重合，从而第一波浪筏和第二波浪筏形成双旋无轴合页式结构，铰接轴为双旋无轴合页式结构的虚拟中心轴。

4、进一步地，还包括用于将第一波浪筏和第二波浪筏之间的双旋无轴合页式结构进行限位的圆筒，圆筒侧面开设有相对的第一开口和第二开口，第一圆盘和第一波浪筏设置在第一开口的两侧，第二圆盘和第二波浪筏设置在第二开口的两侧，第一圆盘和第二圆盘均设有多个，第一圆盘和第二圆盘交错设置在圆筒内；

5、第一波浪筏和第二波浪筏的夹角为120°～240°。

6、进一步地，还包括设置在波浪筏内部的蓄电池，波浪筏开设有第一穿线孔，蓄电池和第一发电装置之间设有至少两根第一导线，两第一导线的一端与蓄电池连接，两第一导线的另一端穿过第一穿线孔分别与第一旋转部和第二旋转部连接，且两第一导线分别与摩擦纳米材料接触以将第一发电装置产生的电传到蓄电池。

7、进一步地，所述第一发电装置外设有防水装置，防水装置包括第一支撑件、第二支撑件和防水布，第一支撑件一侧与第一波浪筏固定连接，另一侧突出于第一波浪筏设置，第二支撑件一侧与第二波浪筏固定连接，另一侧突出于第二波浪筏设置，防水布盖设在第一支撑件和第二支撑件上，且防水布边缘与波浪筏密封连接，以防止第一发电装置进水。

8、进一步地，所述第二发电装置为teng装置，第二发电装置包括导轨和滑动件，滑动件与导轨可滑动地连接，滑动件与导轨的相对面上分别涂覆不同的摩擦纳米材料，当波浪筏在波浪作用下运动时，滑动件在重力作用下在导轨上滑动，从而第二发电装置发电。

9、进一步地，所述导轨设有至少一个第一滑移部，滑动件设有至少一个第二滑移部，第一滑移部和第二滑移部相对设置，且第一滑移部和第二滑移部的相对面上分别涂覆不同的摩擦纳米材料。

10、进一步地，所述导轨设有滑槽，滑动件设有滚轮，滚轮在滑槽滚动带动第一滑移部和第二滑移部相对滑动而发电。

11、进一步地，还包括设置在波浪筏内部的蓄电池，导轨设有第二穿线孔，第二穿线孔设置在第一滑移部的侧方，蓄电池和第一滑移部之间设有第二导线，第二导线的一端与蓄电池连接，另一端穿过第二穿线孔与第一滑移部连接，且第二导线与第一滑移部表面的摩擦纳米材料接触，第二导线用于将第二发电装置产生的电传到蓄电池。

12、进一步地，所述波浪筏具有两个或两个以上，波浪筏在横向和/或纵向上排布连接，相邻波浪筏两两铰接；还包括第三发电装置，第三发电装置包括液压缸，液压缸的一端与两相邻波浪筏中的一波浪筏连接，液压缸的另一端与两相邻波浪筏中的另一波浪筏连接，当波浪筏在波浪作用下绕着波浪筏之间的铰接轴相对旋转时，带动液压缸伸缩，并驱动与液压缸连接的发电机发电。

13、本发明有益效果是：

14、本发明将波浪筏铰接形成合页式结构，将采用teng技术的第一发电装置和第二发电装置与波浪筏结合，将波浪能转化为机械能再转化为电能，还通过第三发电装置将波浪能转化为液压能再转化为电能，通过海浪推动共同进行发电，收集波浪能进行发电。

15、此外，teng结构可以收集无规律、低频率(<2hz)海洋能，功率密度高。将波浪筏与teng结构结合，一方面可以多自由度捕获海洋蓝色能源，具有较高的波浪能俘获效率，另一方面具有潮位自适应性，可以根据潮位的变化，保证波浪筏的固定吃水深度，实现最高能量俘获效率。

技术特征：

1.一种基于筏式波浪能收集结构的合页式teng装置，其特征在于，包括至少两个铰接的波浪筏，波浪筏的铰接处设有第一发电装置，至少一个波浪筏的内部设有第二发电装置，第一发电装置为teng装置，第一发电装置包括相对设置的第一旋转部和第二旋转部，第一旋转部和第二旋转部的相对面上分别涂覆不同的摩擦纳米材料，波浪筏在波浪作用下绕着波浪筏之间的铰接轴相对旋转，带动第一旋转部和第二旋转部同轴反向旋转而发电。

2.根据权利要求1所述的一种基于筏式波浪能收集结构的合页式teng装置，其特征在于，所述两个铰接的波浪筏是第一波浪筏和第二波浪筏，第一旋转部是设置在第一波浪筏的一侧的第一圆盘，第二旋转部是设置在第二波浪筏一侧的第二圆盘，第一圆盘和第二圆盘同轴，且第一圆盘和第二圆盘的转轴与波浪筏之间的铰接轴重合，从而第一波浪筏和第二波浪筏形成双旋无轴合页式结构，铰接轴为双旋无轴合页式结构的虚拟中心轴。

3.根据权利要求2所述的一种基于筏式波浪能收集结构的合页式teng装置，其特征在于，包括用于将第一波浪筏和第二波浪筏之间的双旋无轴合页式结构进行限位的圆筒，圆筒侧面开设有相对的第一开口和第二开口，第一圆盘和第一波浪筏设置在第一开口的两侧，第二圆盘和第二波浪筏设置在第二开口的两侧，第一圆盘和第二圆盘均设有多个，第一圆盘和第二圆盘交错设置在圆筒内；

4.根据权利要求1所述的一种基于筏式波浪能收集结构的合页式teng装置，其特征在于，还包括设置在波浪筏内部的蓄电池，波浪筏开设有第一穿线孔，蓄电池和第一发电装置之间设有至少两根第一导线，两第一导线的一端与蓄电池连接，两第一导线的另一端穿过第一穿线孔分别与第一旋转部和第二旋转部连接，且两第一导线分别与摩擦纳米材料接触以将第一发电装置产生的电传到蓄电池。

5.根据权利要求2所述的一种基于筏式波浪能收集结构的合页式teng装置，其特征在于，所述第一发电装置外设有防水装置，防水装置包括第一支撑件、第二支撑件和防水布，第一支撑件一侧与第一波浪筏固定连接，另一侧突出于第一波浪筏设置，第二支撑件一侧与第二波浪筏固定连接，另一侧突出于第二波浪筏设置，防水布盖设在第一支撑件和第二支撑件上，且防水布边缘与波浪筏密封连接，以防止第一发电装置进水。

6.根据权利要求1所述的一种基于筏式波浪能收集结构的合页式teng装置，其特征在于，所述第二发电装置为teng装置，第二发电装置包括导轨和滑动件，滑动件与导轨可滑动地连接，滑动件与导轨的相对面上分别涂覆不同的摩擦纳米材料，当波浪筏在波浪作用下运动时，滑动件在重力作用下在导轨上滑动，从而第二发电装置发电。

7.根据权利要求6所述的一种基于筏式波浪能收集结构的合页式teng装置，其特征在于，所述导轨设有至少一个第一滑移部，滑动件设有至少一个第二滑移部，第一滑移部和第二滑移部相对设置，且第一滑移部和第二滑移部的相对面上分别涂覆不同的摩擦纳米材料。

8.根据权利要求7所述的一种基于筏式波浪能收集结构的合页式teng装置，其特征在于，所述导轨设有滑槽，滑动件设有滚轮，滚轮在滑槽滚动带动第一滑移部和第二滑移部相对滑动而发电。

9.根据权利要求7所述的一种基于筏式波浪能收集结构的合页式teng装置，其特征在于，还包括设置在波浪筏内部的蓄电池，导轨设有第二穿线孔，第二穿线孔设置在第一滑移部的侧方，蓄电池和第一滑移部之间设有第二导线，第二导线的一端与蓄电池连接，另一端穿过第二穿线孔与第一滑移部连接，且第二导线与第一滑移部表面的摩擦纳米材料接触，第二导线用于将第二发电装置产生的电传到蓄电池。

10.根据权利要求1所述的一种基于筏式波浪能收集结构的合页式teng装置，其特征在于，所述波浪筏具有两个或两个以上，波浪筏在横向和/或纵向上排布连接，相邻波浪筏两两铰接；还包括第三发电装置，第三发电装置包括液压缸，液压缸的一端与两相邻波浪筏中的一波浪筏连接，液压缸的另一端与两相邻波浪筏中的另一波浪筏连接，当波浪筏在波浪作用下绕着波浪筏之间的铰接轴相对旋转时，带动液压缸伸缩，并驱动与液压缸连接的发电机发电。

技术总结
本发明属于波浪能收集领域，涉及一种基于筏式波浪能收集结构的合页式TENG装置，包括至少两个铰接的波浪筏，波浪筏的铰接处设有第一发电装置，至少一个波浪筏的内部设有第二发电装置，第一发电装置为TENG装置，第一发电装置包括相对设置的第一旋转部和第二旋转部，第一旋转部和第二旋转部的相对面上分别涂覆不同的摩擦纳米材料，波浪筏在波浪的作用下带动第一旋转部和第二旋转部同轴反向旋转而发电。本发明将波浪筏与TENG结构结合，一方面可以多自由度捕获海洋蓝色能源，具有较高的波浪能俘获效率，另一方面具有潮位自适应性，可以根据潮位的变化，保证波浪筏的固定吃水深度，实现最高能量俘获效率。

技术研发人员：李晖,王瑶
受保护的技术使用者：集美大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15