[發(fā)明專利]基于ICPF的水滴發(fā)電方法與微型水滴發(fā)電系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310299735.4
• 申請日: 2013-07-17
• 公開（公告）號: CN103414220A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏巍;劉楠;吳方;萬富;吉月輝;郭健;盧姚;楊邦;郭書祥
• 申請（專利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02N2/18
• 代理公司: 天津佳盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明屬于機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，該發(fā)明可應(yīng)用一種小型用電器設(shè)備，該發(fā)電系統(tǒng)具有對環(huán)境無污染、結(jié)構(gòu)簡單、不發(fā)熱、無電磁干擾、易于加工制作和實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的小型化、集成化等優(yōu)點(diǎn)。

背景技術(shù)

2008年法國電子與信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室(CEA-Leti)和微米與納米技術(shù)創(chuàng)新中心(Minatec)的科學(xué)小組，合作開發(fā)出利用水滴滴到PVDF獲得電能的技術(shù)方法。這種獲取電能的方法可為建筑物外部的微型電子設(shè)備供電，比如，建筑的探測器等。不足之處是PVDF壓電應(yīng)變常數(shù)偏低，使之作為有源發(fā)射換能器受到很大的限制。國內(nèi)在2009年西安信唯信息科技有限公司，發(fā)明了一種水滴發(fā)電方法，其特點(diǎn)是通過水滴按一定周期滴流的方式推動發(fā)電機(jī)發(fā)電。其不足之處在于機(jī)械裝置過于復(fù)雜，操作不便。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種隨時(shí)隨地可以發(fā)電的基于ICPF材料的水滴發(fā)電方法，以及簡易水滴發(fā)電系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的基于ICPF的水滴發(fā)電方法是：將具有一定動能和勢能的人為制造或自然降水水滴滴落在智能材料ICPF薄膜上，利用ICPF薄膜的壓電性能，將水滴的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為弱電量，ICPF薄膜產(chǎn)生的弱電量經(jīng)過ICPF薄膜的兩側(cè)附設(shè)銅電極與外部電路連接，經(jīng)過電流電壓轉(zhuǎn)換電路將弱電量轉(zhuǎn)換為電壓的形式，經(jīng)電流電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后的電壓為弱電壓且不穩(wěn)定，經(jīng)過整流濾波電路，最后將產(chǎn)生的電壓經(jīng)過儲能電路存儲在鋰電池里面，供外部用電器使用。

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本發(fā)明同時(shí)提供了一種基于ICPF的微型水滴發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括水滴產(chǎn)生裝置、ICPF薄膜、電流電壓轉(zhuǎn)換電路、整流濾波電路和儲能電路。

水滴產(chǎn)生裝置：用來產(chǎn)生具有動能和勢能的水滴，用于滴落在ICPF薄膜上，使ICPF薄膜彎曲變形從而產(chǎn)生電量；

ICPF薄膜：一端通過夾持裝置固定，用于將滴落在ICPF薄膜上的水滴的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為弱電量；

電流電壓轉(zhuǎn)換電路：在ICPF薄膜兩側(cè)鋪設(shè)銅電極，通過導(dǎo)線與電流電壓轉(zhuǎn)換電路連接，用于將弱電量轉(zhuǎn)換為電壓的形式；

整流濾波電路：整流濾波電路輸入端與電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出端連接，用于對電流電壓轉(zhuǎn)換電路的電壓進(jìn)行整流、濾波；

儲能電路：儲能電路輸入端與整流濾波電路輸出端連接，用于對整流濾波后的電壓進(jìn)行儲存，供外部用電器使用。

所述的電流電壓轉(zhuǎn)換電路使用T型反饋網(wǎng)絡(luò)，能有效的將ICPF薄膜產(chǎn)生的弱電量轉(zhuǎn)換為電壓的形式；所述的儲能電路采用超級電容，能夠使ICPF薄膜產(chǎn)生的不連續(xù)且有周期性的弱電量得到連續(xù)的輸出。

該發(fā)電系統(tǒng)是利用水滴的形式進(jìn)行發(fā)電，水是再生資源，對環(huán)境無污染。

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根據(jù)水滴發(fā)電的整體框圖（參見圖1），可以明顯看出整個系統(tǒng)的操作流程，其中在電流電壓轉(zhuǎn)換電路中使用了T型反饋網(wǎng)絡(luò)可減小反饋電阻，有效提高電路的靈敏度和精度，能有效的將本發(fā)明中產(chǎn)生的弱電量轉(zhuǎn)換為電壓的形式。在能量收集電路當(dāng)中使用了MAX1811芯片作為主控芯片設(shè)計(jì)電路對可充電電池進(jìn)行電能收集，它是一種高集成度電池充電器，所需外圍元件很少，易于控制電路體積。而且，它可以用于鋰電池充電，而鋰電池具有很多優(yōu)于其它可充電電池的特性，如高能量密度、質(zhì)量輕、壽命長、容量保持特性好、環(huán)境溫度適應(yīng)范圍大和電流忍耐能力強(qiáng)等。在儲能電路中使用了超級電容，能夠使ICPF的不連續(xù)且有周期性的弱電量得到連續(xù)的輸出。超級電容充電速度快，能量轉(zhuǎn)換效率高，過程損失小，將輸出能量儲存在鋰電池中。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

1、本系統(tǒng)提出一套簡易水滴發(fā)電系統(tǒng)，利用人為制造或自然降水水滴滴落在智能材料ICPF的薄膜上，利用ICPF的壓電性能，將水滴的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能并將其收集，能為建筑物外部的微型電子供電設(shè)備供電，具備節(jié)能減排的特點(diǎn)。利用水滴的形式進(jìn)行發(fā)電，可以有效的利用下雨天氣，不需要為了生成水滴使用的額外的能源。該發(fā)電系統(tǒng)具有對環(huán)境無污染、結(jié)構(gòu)簡單、不發(fā)熱、無電磁干擾、易于加工制作和實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的小型化、集成化等優(yōu)點(diǎn)，適合于為微弱用電設(shè)備提供電能；

2、提出一套新型的弱電量儲存電路，利用超級電容實(shí)時(shí)快速的將微弱電能的儲存，并將能量存儲在鋰電池中，從而實(shí)現(xiàn)對微弱電能的利用；

3、本套實(shí)驗(yàn)裝置利用壓電材料的性質(zhì)和多個電路相結(jié)合的辦法將水滴的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，這在技術(shù)運(yùn)用上是一種創(chuàng)新。

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