CN105845955B - 一种海水发电装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种海水发电装置及方法，所述海水发电装置包括：电解正极、金属电解负极和升压输出电路，所述电解正极和金属电解负极分别设置于所述海水发电装置的电解液内，所述电解正极和金属电解负极分别与所述升压输出电路的电源输入端电连接。本发明通过对相互配套的电解正极和金属电解负极进行合理的选材、设计和位置设置，使得所述电解正极、金属电解负极和电解液之间产生高效的电解反应，然后发送电信号至所述升压输出电路，所述升压输出电路通过合理的电路设计高效输出预设额定功率的电压和电流，进而能够满足实际的使用需求，转换率能够高达96%；并且所述海水发电装置的尺寸能够做得很小，完全能够实现易于携带和方便使用等要求。

Description

一种海水发电装置及方法

技术领域

本发明涉及一种发电装置，尤其涉及一种海水发电装置，并涉及包括了该海水发电装置的海水发电方法。

背景技术

随着人口的增加，以及工业化与城市化的演进，人类对于能源的需求有赠无减，然而，地球的资源是非常有限的，那么，就需要考虑新能源的开发和推进；目前，很多企业和研发人员都在对海水发电进行研究，但是现有的海水发电装置，大多设计得比较复杂，实际转化效率低，不实用；并且，海水发电设备的体积设计得非常大，不适用于便携式或是简便式的日常用电需求，其输出电压和电流也不恒定，进而给实际使用带来了各种各样的问题和不便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是需要提供一种结构简单、转化效率高、易于携带和使用的海水发电装置，并需要提供包括了该海水发电装置的海水发电方法。

对此，本发明提供一种海水发电装置，包括：电解正极、金属电解负极和升压输出电路，所述电解正极和金属电解负极分别设置于所述海水发电装置的电解液内，所述电解正极和金属电解负极分别与所述升压输出电路的电源输入端电连接。

本发明的进一步改进在于，所述电解正极为防水透气薄膜，所述防水透气薄膜上附着设置有铜、钛、石墨烯和导电碳材料中的任意一种或几种。

本发明的进一步改进在于，所述海水发电装置设置有用于容纳电解液的电解腔，所述防水透气薄膜设置于所述电解腔的腔体内壁上。

本发明的进一步改进在于，所述金属电解负极包括一块或多块金属板，所述金属板独立设置于所述海水发电装置的电解液内。

本发明的进一步改进在于，所述防水透气薄膜的面积与所述金属板的面积之间的比例为1:1~1:2。

本发明的进一步改进在于，所述防水透气薄膜的面积与所述金属板的面积之间的比例为1:1.3。

本发明的进一步改进在于，所述升压输出电路包括输入滤波电路、升压芯片U1和输出电路，所述输入滤波电路包括电容C1，所述电容C1的一端与所述电解正极和升压芯片U1的电源输入管脚相连接，所述电容C1的另一端接地；所述输出电流包括电感L1、二极管D1和电容C2，所述电感L1的一端与所述升压芯片U1的使能管脚相连接，所述电感L1的另一端分别与所述升压芯片U1的开关管脚和二极管D1的阳极相连接，所述二极管D1的阴极分别与所述电容C2的一端和升压芯片U1的电压输出管脚相连接，速搜电容C2的另一端接地。

本发明的进一步改进在于，所述升压输出电路还包括输出参考电压电路，所述输出参考电压电路包括电阻R1、电阻R2和电容C3，所述电阻R1的一端和电容C3的一端分别与所述升压芯片U1的电压输出管脚相连接，所述电阻R1的另一端、电阻R2的一端和电容C3的另一端分别与所述升压芯片U1的可调整电压反馈管脚相连接，所述电阻R2的另一端接地。

本发明的进一步改进在于，所述升压输出电路还包括指示电路，所述指示电路包括电阻R3和发光二极管LED1，所述升压芯片U1的电压输出管脚通过电阻R3连接至所述发光二极管LED1的阳极，所述发光二极管LED1的阴极接地。

本发明还提供一种海水发电方法，包括了如上所述的海水发电装置，并包括以下步骤：

步骤S1，在所述海水发电装置的电解腔中加入包含氯化钠的电解液，使得设置于所述海水发电装置的电解液内的电解正极和金属电解负极发生电解反应，发送电信号至所述升压输出电路；

步骤S2，所述升压输出电路接收电信号，并实现升压和充电；

步骤S3，所述升压输出电路在完成充电后，输出预设额定功率的电压和电流。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：在电解液中设置电解正极和金属电解负极，通过对相互配套的电解正极和金属电解负极进行合理的选材、设计和位置设置，使得所述电解正极、金属电解负极和电解液之间产生高效的电解反应，然后发送电信号至所述升压输出电路，所述升压输出电路通过合理的电路设计高效输出预设额定功率的电压和电流，进而能够满足实际的使用需求，转换率能够高达96%；作为电解正极的防水透气薄膜设置于所述电解腔的腔体内壁上，而作为金属电解负极的金属板则独立设置于所述电解液中，这样能够使得电解腔的尺寸做得很小，完全能够实现易于携带和方便使用等要求。

附图说明

图1是本发明一种实施例的侧面结构示意图；

图2是本发明一种实施例的升压输出电路的电路原理图；

图3是本发明一种实施例的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明：

实施例1：

如图1所示，本例提供一种海水发电装置，包括：电解正极1、金属电解负极2和升压输出电路，所述电解正极1和金属电解负极2分别设置于所述海水发电装置的电解液内，所述电解正极1和金属电解负极2分别与所述升压输出电路的电源输入端电连接。

本例所述电解正极1优选为防水透气薄膜，所述防水透气薄膜上附着设置有铜、钛、石墨烯和导电碳材料中的任意一种或几种；在所述防水透气薄膜上附着设置铜、钛、石墨烯和导电碳材料中的一种或几种的目的在于，能够增强电解的效果和速度；如图1所示，所述海水发电装置设置有用于容纳电解液的电解腔3，所述防水透气薄膜优选设置于所述电解腔3的腔体内壁上，所述金属电解负极2竖直设置于所述电解腔3的盖体上，所述升压输出电路优选内置于所述电解腔3的盖体内。

也就是说，如图1所示，所述电解正极1可以是直接贴合设置于所述电解腔3的腔体内壁上的防水透气膜，所述金属电解负极2竖直设置于所述电解腔3的盖体上，而所述升压输出电路优选内置于所述电解腔3的盖体内，这样的设置，使得电解腔3的体积能够做得很小，使用起来简单方便，并且，还能够增加所述防水透气膜与所述电解液的接触面积，促进电解反应的速度。所述电解液为包含氯化钠的电解液，可以是海水或盐水等电解液。

如图1所示，本例所述金属电解负极2包括一块或多块金属板，所述金属板独立设置于所述海水发电装置的电解液内，所述金属板独立设置于所述海水发电装置的电解液内指的是每一块金属板均不与别的金属板或防水透气膜相连接；换句话说，也就是，每一块金属板与金属板之间均能够填充电解液，每一块金属板与防水透气膜之间也能够填充电解液，这样，就能够保证电解的正常稳定反应。所述金属板优选与所述防水透气膜平行设置，这样平行设置的理由在于，尽量增加金属板与防水透气膜之间的正对面积，进而保证电解的速度和效率。本例所述金属电解负极2可以是生铁板、镁板和铝板等金属板中的任意一种。

值得一提的是，本例所述防水透气薄膜的面积与所述金属板的面积之间的比例不同时，对于电解效率的影响很大，这是发明人在研发设计本方案出来之时之前所没有预料到的；经实验证明，当所述防水透气薄膜的面积与所述金属板的面积之间的比例为1:1~1:2时，电解反应的效率非常好，完全可以实现普通的照明、手机充电以及数码产品充电等实际应用，尤其是所述防水透气薄膜的面积与所述金属板的面积之间的比例为1:1.3时，电解反应的效率最佳。所述防水透气薄膜的面积与所述金属板的面积之间的比例，指的是所述防水透气薄膜与电解液相接触的面积与所述金属板与电解液相接触的面积之间的比例。

也就是说，本例所述电解正极1可以直接以贴合等方式设置在所述电解腔3的腔体内壁上，而金属电解负极2的金属板则可以竖直设置于所述电解腔3的盖体上；所述升压输出电路可以内置于所述电解腔3的盖体内，也可以通过其他方式设置于所述电解腔3的外部。这样，每次需要使用的时候，将电解液加入至所述电解腔3内就能够通过电解正极1、金属电解负极2和电解液之间的电解反应实现海水发电，对于在海上等应用环境而言，只要有海水或盐水等任意一项含有氯化钠的电解液，就能够实现海水充电，结构和使用方法简单，成本低，便于携带。

如图2所示，本例所述升压输出电路包括输入滤波电路、升压芯片U1和输出电路，所述输入滤波电路包括电容C1，所述电容C1的一端与所述电解正极1和升压芯片U1的电源输入管脚相连接，所述电容C1的另一端接地；所述输出电流包括电感L1、二极管D1和电容C2，所述电感L1的一端与所述升压芯片U1的使能管脚相连接，所述电感L1的另一端分别与所述升压芯片U1的开关管脚和二极管D1的阳极相连接，所述二极管D1的阴极分别与所述电容C2的一端和升压芯片U1的电压输出管脚相连接，速搜电容C2的另一端接地。

如图2所示本例所述升压输出电路还优选包括输出参考电压电路和指示电路，所述输出参考电压电路包括电阻R1、电阻R2和电容C3，所述电阻R1的一端和电容C3的一端分别与所述升压芯片U1的电压输出管脚相连接，所述电阻R1的另一端、电阻R2的一端和电容C3的另一端分别与所述升压芯片U1的可调整电压反馈管脚相连接，所述电阻R2的另一端接地；所述指示电路包括电阻R3和发光二极管LED1，所述升压芯片U1的电压输出管脚通过电阻R3连接至所述发光二极管LED1的阳极，所述发光二极管LED1的阴极接地。

本例所述输出电路只需要一个电感L1、一个输出电容C2和一个肖特基二极管D1就可以提供稳定的低噪声输出电压，所述升压芯片U1内部包括了输出电压反馈和修正网络、启动电路、震荡电路、参考电压电路、PFM控制电路、过流过压保护电路以及功率管。在图3中，升压芯片U1是主芯片，其中第一引脚SW是开关管脚，第二引脚GND是接地管脚，第三引脚FB是可调整电压反馈管脚，第四引脚EN是使能管脚，第五引脚V-OUT是电压输出管脚，第六引脚V-BAT是输入管脚。所述输出参考电压电路通过调整电阻R1的电阻值，可以调整输出电压的大小；电路了还有发光二极管LED1作为工作指示灯之外，还设计了电阻R3作为限流电阻，避免发光二极管LED1的电流过大而烧毁。

在图2所示的升压输出电路中，所述二极管D1优选为肖特基二极管，电容C2和一个二极管D1会很大程度影响转换效率，因为电容和电感会影响输出的纹波，本例通过选择合适的电感、电容和肖特基二极管可以获得高转换效率、低纹波和低噪声，具体如下所述。

电感L1的选择，首先要保证电路在连续正常工作状态下电感的最小电感值，如果电感L1的电感值偏小，电感会发生磁饱和，造成电路的效率大大降低，甚至不能正常输出稳定电压；另外电流流过电感时会产生纹波，电感值过小纹波就增大，就会造成肖特基二极管和主芯片的电流过大，电路整体损耗就增大。那么为了提高效率，就应该使用较大的电感，但是大的电感其等效电阻也增大，电流流过时也会造成损失，因此只能综合考虑进而选择适中的电感值，在本例中，所述电感L1优选的电感值是4.7uH。

电容C2的选择，该电容C2作为输出电容的作用主要是减少输出的纹波，输出电容的容量越大，效果越好，但是输出电容过大，会使电路的反应时间过慢，通过反复的设计，得出本例最佳的电容值为10uF。

二极管D1的选择，虽然普通的二极管也能使电路工作，但会降低效率，而采用正向导通电压低和反应时间快的肖特基二极管会大大提高电路的效率，因此本例所述二极管D1的优选型号是1N5819。

由于前端输入的不确定性，实际使用充电输出的用电设备可能是一节碱性电池，也可能是单个锂离子电池，因此本例选择一个用于实现输入滤波的电容C1，用以稳定输入端的电路。

本例在电解液中设置电解正极1和金属电解负极2，通过对相互配套的电解正极1和金属电解负极2进行合理的选材、设计和位置设置，使得所述电解正极1、金属电解负极2和电解液之间产生高效的电解反应，然后发送电信号至所述升压输出电路，所述升压输出电路通过合理的电路设计高效输出预设额定功率的电压和电流，进而能够满足实际的使用需求，经测试，发现本例的转换率能够高达96%；作为电解正极1的防水透气薄膜设置于所述电解腔3的腔体内壁上，而作为金属电解负极2的金属板则独立设置于所述电解液中，这样能够使得电解腔3的尺寸做得很小，完全能够实现易于携带和方便使用等要求。

本例所述升压输出电路能够输出预设额定功率的电压和电流，通过对所述输出参考电压电路所包括电阻R1、电阻R2和电容C3进行调节，进而能够输出5V、2.5A或是其他预设功率的电压和电流。值得一提的是，本例所述海水发电装置可以单个装置独立工作，也可以将多个所述海水发电装置拼装在一起联合工作，这样，就能够针对各种不同的应用需求进而输出对应的电压和电流。

实施例2：

如图3所示，本例还提供一种海水发电方法，包括了如实施例1所述的海水发电装置，并包括以下步骤：

步骤S1，在所述海水发电装置的电解腔3中加入包含氯化钠的电解液，使得设置于所述海水发电装置的电解液内的电解正极1和金属电解负极2发生电解反应，发送电信号至所述升压输出电路；

步骤S2，所述升压输出电路接收电信号，并实现升压和充电；

步骤S3，所述升压输出电路在完成充电后，输出预设额定功率的电压和电流。

本例所述步骤S3中，输出预设额定功率的电压和电流可以通过对所述输出参考电压电路所包括电阻R1、电阻R2和电容C3进行调节，进而输出5V、2.5A或是其他预设功率的电压和电流。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种海水发电装置，其特征在于，包括：电解正极、金属电解负极和升压输出电路，所述电解正极和金属电解负极分别设置于所述海水发电装置的电解液内，所述电解正极和金属电解负极分别与所述升压输出电路的电源输入端电连接;

所述电解正极为直接贴合设置于电解腔的腔体内壁上的防水透气膜，所述防水透气薄膜上附着设置有铜、钛、石墨烯和导电碳材料中的任意一种或几种；

所述金属电解负极包括一块或多块金属板，所述金属板独立设置于所述海水发电装置的电解液内;

所述防水透气薄膜的面积与所述金属板的面积之间的比例为1:1.3~1:2，所述防水透气薄膜的面积与所述金属板的面积之间的比例为所述防水透气薄膜与电解液相接触的面积与所述金属板与电解液相接触的面积之间的比例；

所述金属电解负极竖直设置于所述电解腔的盖体上，所述升压输出电路内置于所述电解腔的盖体内。

2.根据权利要求1所述的海水发电装置，其特征在于，所述海水发电装置设置有用于容纳电解液的电解腔，所述防水透气薄膜设置于所述电解腔的腔体内壁上。

3.根据权利要求1或2所述的海水发电装置，其特征在于，所述升压输出电路包括输入滤波电路、升压芯片U1和输出电路，所述输入滤波电路包括电容C1，所述电容C1的一端与所述电解正极和升压芯片U1的电源输入管脚相连接，所述电容C1的另一端接地；所述输出电流包括电感L1、二极管D1和电容C2，所述电感L1的一端与所述升压芯片U1的使能管脚相连接，所述电感L1的另一端分别与所述升压芯片U1的开关管脚和二极管D1的阳极相连接，所述二极管D1的阴极分别与所述电容C2的一端和升压芯片U1的电压输出管脚相连接，速搜电容C2的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的海水发电装置，其特征在于，所述升压输出电路还包括输出参考电压电路，所述输出参考电压电路包括电阻R1、电阻R2和电容C3，所述电阻R1的一端和电容C3的一端分别与所述升压芯片U1的电压输出管脚相连接，所述电阻R1的另一端、电阻R2的一端和电容C3的另一端分别与所述升压芯片U1的可调整电压反馈管脚相连接，所述电阻R2的另一端接地。

5.根据权利要求3所述的海水发电装置，其特征在于，所述升压输出电路还包括指示电路，所述指示电路包括电阻R3和发光二极管LED1，所述升压芯片U1的电压输出管脚通过电阻R3连接至所述发光二极管LED1的阳极，所述发光二极管LED1的阴极接地。

6.一种海水发电方法，其特征在于，包括了如权利要求1至5任意一项所述的海水发电装置，并包括以下步骤：

步骤S1，在所述海水发电装置的电解腔中加入包含氯化钠的电解液，使得设置于所述海水发电装置的电解液内的电解正极和金属电解负极发生电解反应，发送电信号至所述升压输出电路；

步骤S2，所述升压输出电路接收电信号，并实现升压和充电；

步骤S3，所述升压输出电路在完成充电后，输出预设额定功率的电压和电流。