[發(fā)明專利]一種摩擦電傳感與自供電智能水表

在審

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• 申請日: 2022-09-08
• 公開（公告）號: CN115388961A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發(fā)明（設計）人: 曹達啟;劉小旦;方榮坤;類事成;靳焱;郝曉地
• 申請（專利權）人: 北京建筑大學
• 主分類號: G01F1/28
• 分類號: G01F1/28;G01F15/00;G01F15/14;H02N1/04;H02J7/32
• 代理公司: 北京奧肯律師事務所 11881
• 代理人: 張曉欣

本發(fā)明涉及一種摩擦電傳感與自供電智能水表，包括表殼，表殼上設置有防護罩，表殼的兩端分別固定連接有進水部和出水部，表殼內(nèi)設置有密封隔層和葉輪組件，葉輪組件中固定設置有轉軸，葉輪組件在水流的帶動下轉動以帶動轉軸轉動；密封隔層的上方設置摩擦納米發(fā)電模塊，摩擦納米發(fā)電模塊通過轉軸的轉動進行發(fā)電和傳感。本發(fā)明依靠轉軸將水流機械能傳遞給摩擦納米發(fā)電模塊，利用水流的動能帶動摩擦納米發(fā)電模塊進行發(fā)電，即利用水流的機械能轉換為電能，同時提供摩擦電傳感信號以指示流量，從而改變傳統(tǒng)水表的能源供給與信號傳感方式，減少化學電池與傳感器使用及其可能造成的重金屬等二次污染，實現(xiàn)水表水量自采集、數(shù)字化、低碳化的目標。

技術領域

本發(fā)明涉及一種摩擦電傳感與自供電智能水表。

背景技術

水資源短缺和能源危機是人類發(fā)展面臨的巨大挑戰(zhàn)，據(jù)2020年聯(lián)合國世界水資源報告顯示，到2050年全球淡水資源再度緊缺，570個國家淡水資源將減少10％。水資源從大自然到用戶再到大自然借助管道輸送，據(jù)調(diào)查統(tǒng)計我國城鎮(zhèn)管網(wǎng)漏失率在16％以上的有500多個城市，甚至部分城市超過30％，農(nóng)村管網(wǎng)漏失率更是高達40％，據(jù)《中國城鄉(xiāng)建設統(tǒng)計年鑒》(2020)數(shù)據(jù)顯示，2020年全國城市和縣城綜合漏損率為13.26％，部分城市漏損率甚至超過25％。這不僅造成了水資源巨大浪費，也導致給水系統(tǒng)能耗和碳排放量增加。水量漏失控制過程中水表起著重要作用，它是供水系統(tǒng)賬面漏失的直接依據(jù)和節(jié)水、高效用水的重要保障手段，亦是水量漏失的重要部位。另一方面，能源危機與全球碳中和要求人類減少化石燃料使用以降低化學碳排，文獻資料表明我國2060年實現(xiàn)碳中和目標需每年規(guī)劃2.5Gt CO₂的負排放量。能源轉型成為世界各國競相發(fā)展的目標，如太陽能、風能、氫能等，利用各種新型能源成為支撐人類生活、生產(chǎn)等活動的必然選擇。在此巨大壓力下，傳統(tǒng)能源供給方式不再適宜于“雙碳”背景下水表行業(yè)發(fā)展。

傳統(tǒng)水表是一種基于水流機械能帶動水表殼體內(nèi)齒輪轉動，以記錄水量數(shù)據(jù)的機械式儀表。上門抄表難度大、工人調(diào)度小，長時間使用造成機械磨損而導致示數(shù)不準確、水量漏失等，隨著全球水資源短缺的緊迫局勢發(fā)展，該種水表逐漸退出市場。在傳統(tǒng)水表基礎上加裝智能IC卡、無線傳感等是目前主要采用的水表，即智能水表，可實現(xiàn)遠程操控供斷水、智能抄表等目標。同時，近幾年發(fā)展較快的電子式水表(利用電磁效應、超聲波原理測流速)，因容易受到環(huán)境中噪聲、震動等干擾、費用昂貴、相關技術標準規(guī)范少，造成其使用率低、缺乏市場。據(jù)估計，2028年智能水表市值將超過70億美元，全球水需求、水節(jié)約以及大數(shù)據(jù)智能化管控無疑是推動智能水表行業(yè)發(fā)展的內(nèi)在動力。然而，現(xiàn)有的智能水表中的電控設備均需電池或市電供能，電池使用與更換成本以及可能帶來的二次污染不容小覷，而市電存在近距離供電局限性，并且智能水表中電控設備額外增加的體積也降低了安裝的便攜性并增加制造成本。因此，亟需研發(fā)一種水量實時反饋、新型供能方式、體積小的新型智能水表。

最近，自供電與傳感的摩擦納米發(fā)電機(triboelectric nanogenerators，TENG)的產(chǎn)能形式被推上浪尖，研究涉及領域眾多，如海浪能、雨滴能收集等微頻機械能。調(diào)查傳統(tǒng)智能水表發(fā)現(xiàn)，電池容量為800mAh的鋰電池，可供智能水表傳感與數(shù)顯使用5年以上。基于此，依托實際摩擦產(chǎn)電性能測試數(shù)據(jù)，本發(fā)明創(chuàng)造性提出一種摩擦電傳感與自供電智能水表。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術中存在的上述問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種摩擦電傳感與自供電智能水表。

本發(fā)明的技術方案是這樣的：

一種摩擦電傳感與自供電智能水表，包括表殼，所述表殼上設置有防護罩，所述表殼的兩端分別固定連接有進水部和出水部，所述進水部中設置有進水口，所述出水部中設置有出水口，所述表殼的上部設置有示數(shù)表盤，所述表殼的頂部螺紋連接有鏡面視窗，所述表殼內(nèi)設置有密封隔層，所述防護罩位于所述鏡面視窗的一側，所述防護罩內(nèi)部設置有控制電路板和充電電池；所述出水部中設置有電子閥門，所述電子閥門通過導線與所述控制電路板電連接，且所述電子閥門的上端位于所述防護罩內(nèi)部；