[发明专利]基于ICPF的水滴发电方法与微型水滴发电系统

说明书

技术领域

 本发明属于机械技术领域，该发明可应用一种小型用电器设备，该发电系统具有对环境无污染、结构简单、不发热、无电磁干扰、易于加工制作和实现结构上的小型化、集成化等优点。

背景技术

2008年法国电子与信息技术实验室(CEA-Leti)和微米与纳米技术创新中心(Minatec)的科学小组，合作开发出利用水滴滴到PVDF获得电能的技术方法。这种获取电能的方法可为建筑物外部的微型电子设备供电，比如，建筑的探测器等。不足之处是PVDF压电应变常数偏低，使之作为有源发射换能器受到很大的限制。国内在2009年西安信唯信息科技有限公司，发明了一种水滴发电方法，其特点是通过水滴按一定周期滴流的方式推动发电机发电。其不足之处在于机械装置过于复杂，操作不便。

发明内容

本发明目的是提供一种随时随地可以发电的基于ICPF材料的水滴发电方法，以及简易水滴发电系统。

本发明提供的基于ICPF的水滴发电方法是：将具有一定动能和势能的人为制造或自然降水水滴滴落在智能材料ICPF薄膜上，利用ICPF薄膜的压电性能，将水滴的机械能转化为弱电量，ICPF薄膜产生的弱电量经过ICPF薄膜的两侧附设铜电极与外部电路连接，经过电流电压转换电路将弱电量转换为电压的形式，经电流电压转换电路转换后的电压为弱电压且不稳定，经过整流滤波电路，最后将产生的电压经过储能电路存储在锂电池里面，供外部用电器使用。

 

本发明同时提供了一种基于ICPF的微型水滴发电系统，该系统包括水滴产生装置、ICPF薄膜、电流电压转换电路、整流滤波电路和储能电路。

水滴产生装置：用来产生具有动能和势能的水滴，用于滴落在ICPF薄膜上，使ICPF薄膜弯曲变形从而产生电量；

ICPF薄膜：一端通过夹持装置固定，用于将滴落在ICPF薄膜上的水滴的机械能转化为弱电量；

电流电压转换电路：在ICPF薄膜两侧铺设铜电极，通过导线与电流电压转换电路连接，用于将弱电量转换为电压的形式；

整流滤波电路：整流滤波电路输入端与电流电压转换电路输出端连接，用于对电流电压转换电路的电压进行整流、滤波；

储能电路：储能电路输入端与整流滤波电路输出端连接，用于对整流滤波后的电压进行储存，供外部用电器使用。

所述的电流电压转换电路使用T型反馈网络，能有效的将ICPF薄膜产生的弱电量转换为电压的形式；所述的储能电路采用超级电容，能够使ICPF薄膜产生的不连续且有周期性的弱电量得到连续的输出。

该发电系统是利用水滴的形式进行发电，水是再生资源，对环境无污染。

 

根据水滴发电的整体框图（参见图1），可以明显看出整个系统的操作流程，其中在电流电压转换电路中使用了T型反馈网络可减小反馈电阻，有效提高电路的灵敏度和精度，能有效的将本发明中产生的弱电量转换为电压的形式。在能量收集电路当中使用了MAX1811芯片作为主控芯片设计电路对可充电电池进行电能收集，它是一种高集成度电池充电器，所需外围元件很少，易于控制电路体积。而且，它可以用于锂电池充电，而锂电池具有很多优于其它可充电电池的特性，如高能量密度、质量轻、寿命长、容量保持特性好、环境温度适应范围大和电流忍耐能力强等。在储能电路中使用了超级电容，能够使ICPF的不连续且有周期性的弱电量得到连续的输出。超级电容充电速度快，能量转换效率高，过程损失小，将输出能量储存在锂电池中。

本发明的优点和积极效果：

1、本系统提出一套简易水滴发电系统，利用人为制造或自然降水水滴滴落在智能材料ICPF的薄膜上，利用ICPF的压电性能，将水滴的机械能转化为电能并将其收集，能为建筑物外部的微型电子供电设备供电，具备节能减排的特点。利用水滴的形式进行发电，可以有效的利用下雨天气，不需要为了生成水滴使用的额外的能源。该发电系统具有对环境无污染、结构简单、不发热、无电磁干扰、易于加工制作和实现结构上的小型化、集成化等优点，适合于为微弱用电设备提供电能；

2、提出一套新型的弱电量储存电路，利用超级电容实时快速的将微弱电能的储存，并将能量存储在锂电池中，从而实现对微弱电能的利用；

3、本套实验装置利用压电材料的性质和多个电路相结合的办法将水滴的机械能转化为电能，这在技术运用上是一种创新。