CN108282111A - 用于机电设备箱的噪声压电发电系统及其发电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于机电设备箱的噪声压电发电系统及其发电方法，通过作为噪声源的机电设备与机电设备箱之间设置波浪状压电片，令机电设备工作振动并产生噪声声波，所述噪声声波在机电设备箱内部空间传播至压电片，使压电片通过所述噪声声波振动而反复形变压缩波浪状结构并形成电能输出至所述电流调整装置；借此，实现利用压电片吸收并将噪声声波转换为电能输出存储，解决了目前机电设备产生的大量噪音声波未能被利用的技术问题，实现结构精简、用途广泛且同时具有吸音和发电功能的噪声压电发电系统及其发电方法。
Description
技术领域
本发明涉及噪声发电技术领域，具体来说涉及压电式噪声发电装置及其发电方法，特别是指一种用于机电设备箱的噪声压电发电系统及其发电方法。
背景技术
由于现代工业化社会对能源的需求越来越大，能源危机的问题也越来越引起人们的重视。近年来人们把研究的目光集中在环境中可利用的潜在能源，包括太阳能、热能、机械能、化学能、生物能和声能的利用。
其中，噪音污染对人们生活和健康有相当大的危害，且噪声的来源非常广泛，比较常见的噪声源有机器噪声、交通噪声、风扇噪声和排气噪声等。但噪声也是一种具有相当能量值的潜在能源。例如噪声达到160dB的喷气式飞机，其声功率约为10KW；噪声达到140dB的大型鼓风机，其声功率为100W，其他各种情况如汽车、音响等声源产生的噪声也具有很大的能量值。
另值得注意的是，建筑机电设备存在明显噪声与震动大的特性。该些建筑机电设备的机房分别安装有冷冻机组、空调循环水泵、空气处理机组、各类风机、冷却塔、变压器、暖通和给排水等动力机电设备，这些设备运行时由于旋转的惯性力和偏心不平衡产生的扰力，都会引起设备部件产生强迫振动，并通过设备底座、管道与建筑物的连接部分产生振动和噪声，并以固体和空气声波的形式向周围空间辐射噪声进行传播。然而，目前这些建筑机电设备形成的大量振动和噪声能量未能被有效利用，有待进一步改善。
发明内容
鉴于上述情况，本发明提供一种用于机电设备箱的噪声压电发电系统及其发电方法，通过在机电设备(噪音源)与机电设备箱之间设置波浪状压电片，以吸收并将噪声声波转换为电能输出存储，解决了目前机电设备产生的大量噪音声波未能被利用的技术问题，实现结构精简、用途广泛且同时具有吸音和发电功能的噪声压电发电系统及其发电方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是提供一种用于机电设备箱的噪声压电发电系统，其包括噪声源和压电发电装置，所述噪声源为机电设备，所述压电发电装置包括压电片、电流调整装置和蓄电池；其中，所述噪声压电发电系统还包括：机电设备箱，内部设有所述噪声源；所述压电片，沿所述机电设备箱的内壁面设置并围设于所述噪声源周围，所述压电片成形为波浪状的片体结构，所述压电片于弯曲处成形有朝向所述机电设备箱内壁面的第一变形部以及朝向所述噪声源的第二变形部，所述第一变形部和所述第二变形部之间具有过渡部连接；所述蓄电池，设于所述机电设备箱的外部，并通过所述电流调整装置与所述压电片电性连接。
本发明噪声压电发电系统的实施例中，所述压电片的第一变形部及第二变形部成形为尖角状结构，所述过渡部成形为平面结构并连接于所述第一变形部及所述第二变形部之间。
本发明噪声压电发电系统的实施例中，所述压电片的第一变形部及第二变形部成形为圆弧状结构，所述过渡部成形为S形曲面结构并连接于所述第一变形部及所述第二变形部之间。
本发明噪声压电发电系统的实施例中，所述机电设备箱成形为矩形箱体，具有四立壁围设形成方形空间；所述噪声源为风机，所述风机包括风机本体以及连接于所述风机本体两端的第一管道及第二管道；所述风机本体容置于所述方形空间内，所述第一管道及所述第二管道的一端分别与所述风机本体连接，另一端穿出其中一所述立壁；所述压电片沿所述立壁的内壁面设置，且所述压电片对应所述第一管道及所述第二管道处形成挖空区域。
本发明噪声压电发电系统的实施例中，所述机电设备箱的周壁包括设于内层的玻璃棉层以及设于外层的隔声石膏板。
本发明噪声压电发电系统的实施例中，所述压电发电装置的电流调整装置设于所述机电设备箱的内部并与所述压电片电性连接；所述蓄电池通过导线贯穿所述机电设备箱与所述电流调整装置电性连接。
另外，本发明还提供了一种用于机电设备箱的噪声压电发电方法，其步骤包括：
机电设备箱布置步骤：将机电设备箱围设布置在噪声源的周侧，所述噪声源为机电设备；
压电片布置步骤：将波浪状压电片沿所述机电设备箱的内壁面布置以围设在噪声源的周侧，并将压电片与电流调整装置及蓄电池依序电性连接；
噪声发电步骤：启动噪声源工作振动并产生噪声声波，所述噪声声波在所述机电设备箱内部空间传播至所述压电片，令所述压电片通过所述噪声声波振动而反复形变压缩波浪状结构并形成电能输出至所述电流调整装置；
电力存储步骤：所述电能经电流调整装置调整后输出至所述蓄电池存储。
本发明噪声压电发电方法的实施例中，所述压电片布置步骤的压电片于弯曲处成形有朝向所述机电设备箱内壁面的第一变形部以及朝向所述噪声源的第二变形部，所述第一变形部和所述第二变形部之间具有过渡部连接；所述第一变形部及所述第二变形部成形为尖角状结构，所述过渡部成形为平面结构并连接于所述第一变形部及所述第二变形部之间。
本发明噪声压电发电方法的实施例中，所述压电片布置步骤的压电片于弯曲处成形有朝向所述机电设备箱内壁面的第一变形部以及朝向所述噪声源的第二变形部，所述第一变形部和所述第二变形部之间具有过渡部连接；所述第一变形部及所述第二变形部成形为圆弧状结构，所述过渡部成形为S形曲面结构并连接于所述第一变形部及所述第二变形部之间。
本发明噪声压电发电方法的实施例中，所述机电设备箱布置步骤中，所述机电设备箱的周壁包括设于内层的玻璃棉层以及设于外层的隔声石膏板。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
(1)本发明噪声压电发电系统通过在机电设备构成的噪声源周围设置压电发电装置及机电设备箱，利用沿机电设备箱内壁面设置的波浪状压电片，能够同时实现吸收噪音以及将噪声声波转换成电能供输出使用的技术效果。
(2)本发明技术方案可以直接将压电发电装置的压电片布置于既有的机电设备箱内部后与电流调整装置、蓄电池连接，也可以在任何会产生噪音的机电设备周围加设机电设备箱后布置压电发电装置；本发明具有结构精简、用途广泛、低成本且易于实施的技术效果。
(3)本发明的噪声压电发电系统及其发电方法，能够实现为低功率负荷供电或为蓄电池充电，解决了能源紧缺，实现能量回收利用，具有极大的应用前景。
本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明和权利要求得以充分体现，并可通过所附权利要求中特地指出的手段、装置和它们的组合得以实现。
附图说明
图1是本发明噪声压电发电系统的立体结构示意图。
图2是本发明噪声压电发电系统的结构俯视示意图。
图3是本发明压电片第一实施例的结构示意图。
图4是本发明压电片第二实施例的结构示意图。
附图标记与部件的对应关系如下：
噪声源10；风机本体11；第一管道12；压电发电装置20；压电片21；第一变形部211；第二变形部212；过渡部213；电流调整装置22；蓄电池23；导线24；机电设备箱30；内壁面31；立壁32；玻璃棉层33；隔声石膏板34。
具体实施方式
在这里将公开本发明的详细的具体实施方案。然而应当理解，所公开的实施方案仅仅是本发明的典型例子，并且本发明可以通过多种备选形式来实施。因此，这里所公开的具体结构和功能细节不是限制性的，仅是以权利要求为原则，作为向本领域技术人员说明不同实施方式的代表性原则。
为利于对本发明的了解，请参阅图1至图4，本发明提供了用于机电设备箱的噪声压电发电系统及其发电方法的具体实施方式，以下结合附图及实施例进行说明。
如图1、图2所示，本发明噪声压电发电系统包括噪声源10、压电发电装置20及机电设备箱30。本发明通过将机电设备箱30围设于所述噪声源10周围，并沿机电设备箱30内侧设置压电发电装置20，以令噪声源10产生的噪声声波在机电设备箱30内部传播时，被压电发电装置20的波浪状压电片21吸收，进而使压电片21受所述噪声声波振动而反复形变压缩波浪状结构并形成电能输出。
于本发明实施例中，所述噪声源10是指机电设备，特别是指会产生大量噪音的建筑机电设备，但不限于此，本发明噪声压电发电系统也可以应用于其他会产生大量噪音的机电设备。具体地，图1、图2显示了本发明采用风机作为噪声源10的实施例示意图。
于本发明实施例中，所述压电发电装置20包括压电片21、电流调整装置22和蓄电池23。所述压电片21沿所述机电设备箱30的内壁面31设置并围设于所述噪声源10周围，所述压电片21成形为波浪状的片体结构，所述压电片21于弯曲处成形有朝向所述机电设备箱30内壁面31的第一变形部211以及朝向所述噪声源10的第二变形部212，所述第一变形部211和所述第二变形部212之间具有过渡部213连接。
如图3、图4所示，本发明的波浪状压电片21至少包括两种实施例。如图3所示，所述压电片21的第一变形部211及第二变形部212成形为尖角状结构，所述过渡部213成形为平面结构并连接于所述第一变形部211及所述第二变形部212之间。或者，如图4所示，所述压电片21的第一变形部211及第二变形部212成形为圆弧状结构，所述过渡部213成形为S形曲面结构并连接于所述第一变形部211及所述第二变形部212之间；于本实施例中，所述S形曲面结构可进一步形成所述压电片21的第三变形部，以提高发电效率。
于本发明实施例中，所述波浪状压电片21具体通过在基片的相对两面上设置压电复合材料或压电高分子材料所形成。其中，
所述压电复合材料是指有两种或多种材料复合而成的压电材料。压电复合材料具体可为压电陶瓷和聚合物(例如聚偏氟乙烯活环氧树脂)的两相复合材料；其兼具压电陶瓷和聚合物的长处，具有很好的柔韧性和加工性能，并具有较低的密度、压电常数高的特点。所述压电高分子材料通常是由高分子基体与无机压电体粉末复合；所述高分子基体可以是各种物理和化学性能优异的普通高分子材料，也可以是具有压电特性的特殊高分子，所述压电聚合物基体具体可选自包括聚偏氟乙烯、尼龙、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚丙烯的材料；无机压电材料主要是PZT(钛酸锆酸铅陶瓷)的强介电陶瓷粉。
于本发明实施例中，所述机电设备箱30可以是原已围设在机电设备周围的保护箱，也可以是另外安装的箱体；只要机电设备箱30与噪声源10之间具有足够的空间设置所述波浪状压电片21，皆可应用于本发明用于机电设备箱的噪声压电发电系统中。
如图1、图2所示，显示围设在风机(噪声源10)周围的机电设备箱30及压电发电装置20的实施例示意图。其中，所述机电设备箱30成形为矩形箱体，具有四立壁32围设形成方形空间；所述噪声源10为风机，所述风机包括风机本体11以及连接于所述风机本体11两端的第一管道12及第二管道13；所述风机本体11容置于所述方形空间内，所述第一管道12及所述第二管道13的一端分别与所述风机本体11连接，另一端穿出其中一所述立壁32；所述压电片21沿所述立壁32的内壁面31设置，且所述压电片21对应所述第一管道12及所述第二管道13处形成挖空区域，供所穿置所述第一管道12及所述第二管道13。具体地，于本发明实施例中，所述第一管道12及所述第二管道13呈直线布置地连接于所述风机本体11的相对两端处。
应被理解的是，于本发明实施例中，所述噪声源10的结构并不限于前述，且所述压电发电装置20及所述机电设备箱30可根据具体的噪声源10结构组成进行布置及调整，以实现将机电设备箱30及压电片21围设于噪声源10周围进行吸音及声电转换的目的。
进一步地，为了保证所述机电设备箱30的吸音效果，所述机电设备箱30的周壁可包括设于内层的玻璃棉层33以及设于外层的隔声石膏板34，以在噪声声波穿过波浪状压电片21后，进一步依序被玻璃棉层33及隔声石膏板34吸收，在压电发电的同时也实现良好的吸音效果。
于本发明实施例中，如图2所示，所述压电发电装置20的电流调整装置22设于所述机电设备箱30的内部并与所述压电片21电性连接；所述蓄电池23通过导线24贯穿所述机电设备箱30与所述电流调整装置22电性连接。
以上说明了本发明用于机电设备箱的噪声压电发电系统的具体实施方式，以下请再配合参阅图1、图2，说明本发明系统的发电方法。所述方法的步骤包括：
机电设备箱布置步骤：将机电设备箱30围设布置在噪声源10的周侧，所述噪声源10为机电设备；
压电片布置步骤：将波浪状压电片21沿所述机电设备箱30的内壁面31布置以围设在噪声源10的周侧，并将压电片21与电流调整装置22及蓄电池23依序电性连接；
噪声发电步骤：启动噪声源10工作振动并产生噪声声波，所述噪声声波在所述机电设备箱30内部空间传播至所述压电片21，令所述压电片21通过所述噪声声波振动而反复形变压缩波浪状结构并形成电能输出至所述电流调整装置22；
电力存储步骤：所述电能经电流调整装置22调整后输出至所述蓄电池23存储。
综上，本发明通过前述技术方案，利用机电设备振动产生的噪音能量通过压电材料转换为电能，从而实现能量的收集利用。本发明具有结构精简、用途广泛、同时具有吸音和发电功能、高效环保、能量可再生、成本低、易于实现等技术效果，具有有极高的推广前景。
以上结合附图及实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于机电设备箱的噪声压电发电系统，其包括噪声源和压电发电装置，所述噪声源为机电设备，所述压电发电装置包括压电片、电流调整装置和蓄电池；其特征在于，所述噪声压电发电系统还包括：
机电设备箱，内部设有所述噪声源；
所述压电片，沿所述机电设备箱的内壁面设置并围设于所述噪声源周围，所述压电片成形为波浪状的片体结构，所述压电片于弯曲处成形有朝向所述机电设备箱内壁面的第一变形部以及朝向所述噪声源的第二变形部，所述第一变形部和所述第二变形部之间具有过渡部连接；
所述蓄电池，设于所述机电设备箱的外部，并通过所述电流调整装置与所述压电片电性连接。
2.根据权利要求1所述的用于机电设备箱的噪声压电发电系统，其特征在于：
所述压电片的第一变形部及第二变形部成形为尖角状结构，所述过渡部成形为平面结构并连接于所述第一变形部及所述第二变形部之间。
3.根据权利要求1所述的用于机电设备箱的噪声压电发电系统，其特征在于：
所述压电片的第一变形部及第二变形部成形为圆弧状结构，所述过渡部成形为S形曲面结构并连接于所述第一变形部及所述第二变形部之间。
4.根据权利要求1所述的用于机电设备箱的噪声压电发电系统，其特征在于：
所述机电设备箱成形为矩形箱体，具有四立壁围设形成方形空间；
所述噪声源为风机，所述风机包括风机本体以及连接于所述风机本体两端的第一管道及第二管道；所述风机本体容置于所述方形空间内，所述第一管道及所述第二管道的一端分别与所述风机本体连接，另一端穿出其中一所述立壁；
所述压电片沿所述立壁的内壁面设置，且所述压电片对应所述第一管道及所述第二管道处形成挖空区域。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的用于机电设备箱的噪声压电发电系统，其特征在于：
所述机电设备箱的周壁包括设于内层的玻璃棉层以及设于外层的隔声石膏板。
6.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的用于机电设备箱的噪声压电发电系统，其特征在于：
所述压电发电装置的电流调整装置设于所述机电设备箱的内部并与所述压电片电性连接；所述蓄电池通过导线贯穿所述机电设备箱与所述电流调整装置电性连接。
7.一种用于机电设备箱的噪声压电发电方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：
机电设备箱布置步骤：将机电设备箱围设布置在噪声源的周侧，所述噪声源为机电设备；
压电片布置步骤：将波浪状压电片沿所述机电设备箱的内壁面布置以围设在噪声源的周侧，并将压电片与电流调整装置及蓄电池依序电性连接；
噪声发电步骤：启动噪声源工作振动并产生噪声声波，所述噪声声波在所述机电设备箱内部空间传播至所述压电片，令所述压电片通过所述噪声声波振动而反复形变压缩波浪状结构并形成电能输出至所述电流调整装置；
电力存储步骤：所述电能经电流调整装置调整后输出至所述蓄电池存储。
8.根据权利要求7所述的用于机电设备箱的噪声压电发电方法，其特征在于：
所述压电片布置步骤中，所述压电片于弯曲处成形有朝向所述机电设备箱内壁面的第一变形部以及朝向所述噪声源的第二变形部，所述第一变形部和所述第二变形部之间具有过渡部连接；所述第一变形部及所述第二变形部成形为尖角状结构，所述过渡部成形为平面结构并连接于所述第一变形部及所述第二变形部之间。
9.根据权利要求7所述的用于机电设备箱的噪声压电发电方法，其特征在于：
所述压电片布置步骤中，所述压电片于弯曲处成形有朝向所述机电设备箱内壁面的第一变形部以及朝向所述噪声源的第二变形部，所述第一变形部和所述第二变形部之间具有过渡部连接；所述第一变形部及所述第二变形部成形为圆弧状结构，所述过渡部成形为S形曲面结构并连接于所述第一变形部及所述第二变形部之间。
10.根据权利要求7至9中任一权利要求所述的用于机电设备箱的噪声压电发电方法，其特征在于：
所述机电设备箱布置步骤中，所述机电设备箱的周壁包括设于内层的玻璃棉层以及设于外层的隔声石膏板。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111884540A (zh) * | 2020-07-31 | 2020-11-03 | 林一平 | 一种基于pvdf压电薄膜的降噪装置 |
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| CN101286713A (zh) * | 2008-06-02 | 2008-10-15 | 中国铝业股份有限公司 | 铝电解槽余热驱动热声发电系统 |
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-
2018
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