CN108418472B - 一种利用液滴发电的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用液滴发电的装置及方法，所述装置包括：液滴形成单元，其能够形成液滴并改变液滴的大小和滴落速度；电能产生单元，其能够在液滴落入液面后产生双电层充电电流；以及电能收集和储存单元，其能够收集充电电流并进行存储管理。液滴形成单元包括：流量控制元件以及稳压水柜；电能产生单元包括由多个铜片组成的铜片阵列电极以及单根铜丝电极；电能收集和储存单元包括：电能收集元件以及电能储存元件，电能储存元件分别与铜片阵列电极和单根铜丝电极以及电能收集元件相连接，用以收集和储存电流。本发明在液滴落至液面时，通过电能产生装置和电能收集和储存元件将微弱电能进行收集。

Description

一种利用液滴发电的装置及方法

技术领域

本发明涉及新能源发电领域，具体说是涉及一种新型的利用液滴发电的的装置及方法。

背景技术

随着化石燃料等传统非再生能源的不断减少，能源危机正在不断加剧，而且化石燃料燃烧所带来的环境问题也越来越突出，人们对于海洋能这一可再生能源的利用越发重视。虽然对于能够产生大规模的电能如波浪能，潮汐能，盐差能等技术已经趋于成熟，但是对于微弱电能的收集仍有非常大的进步空间。

目前现有常用的产生微弱电能的技术和方法主要有：

1)微生物燃料电池：是一种以微生物作为阳极催化剂将化学能直接转化为电能的装置。微生物在厌氧环境中生长，通过氧化分解有机物产生质子和电子，质子和电子通过微生物作用转移到阳极，再分别通过分隔膜和外闭合回路到达阴极，与好氧室中的高铜片电势物质(通常是氧气)结合生成水。但微生物燃料电池构建成本较大，难以在工程中扩大应用，产生的电流极弱无法被充分利用，使其发展受到限制。

2)雨水发电：研究表明，雨水从两米高处落在薄片上，此薄片具有压电性质，即晶体在机械力的作用下发生形变(伸长和压缩)而引起带电粒子的相对位移(偏离平衡位置)，从而使晶体的总电矩发生变化。当薄片受到外力的作用而发生变形时，就会产生电压。结果发现，在类似小雨的情况下，薄片就可以产生微弱的电流。但此具有压电效应的薄片具有韧性差，易断裂等缺点，发展受到影响。

3)温差发电技术：主要原理依托于塞贝克效应，根据塞贝克效应所显示的数据，通过将热点材料进行有机的组合，使不同类型的电子材料组成一个循环，实现整个设备的正常运行。在温差发电设备中，电子材料的一端处于高温状态，另一端处于低温状态，两端之间相互激发形成电动势，完成从热能到电能的转化。但此技术的缺点是能量密度低，发电效率较小。

目前在国际国内，人们对电能的使用绝大部分是直接使用市电或者较大功率的发电装置，它们可以提供足够大的电流电压来支持各种用电器工作，然而，对于微弱电能，人们却很少对其储存利用。近年来，对微弱电能的开发和利用越来越受到人们的重视，现今的技术和方法产生的电流和电压通常是毫安、毫伏级的，如果对这种级别的电能储存技术能够得到推广，可以为越来越流行使用的类似手机等移动电器解决不间断供电、随时充电问题，为人们的生活带来极大的便利，也为目前日益严重的能源危机做出贡献。

发明内容

鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种利用液滴发电的装置，该装置在液滴落至液面时，通过电能产生装置和电能收集和储存元件将微弱电能进行收集。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

一种利用液滴发电的装置，其特征在于，包括：

液滴形成单元，所述液滴形成单元能够形成液滴并改变液滴的大小和滴落速度；

电能产生单元，所述电能产生单元能够在液滴滴落过程中，产生电流；

以及电能收集和储存单元，所述电能收集和储存单元能够收集和存储所述电流。

进一步的，作为本发明的优选：

液滴形成单元包括：

流量控制元件，所述流量控制元件具有多个能够形成液滴的液滴形成管道并通过控制液体流速改变液滴的大小和滴落速度。

进一步的，作为本发明的优选：

液滴形成单元还包括：

稳压水柜，所述稳压水柜通过流量控制阀改变流入其内部的液体的流速并各所述液滴形成管道相连通。

进一步的，作为本发明的优选：

电能产生单元包括：

铜片阵列电极以及单根铜丝电极，所述铜片阵列电极由多个相互并联、间隔一定距离且一端部分浸入液体内的铜片组成；各所述液滴形成管道与各所述铜片一一对应设置，且每一所述液滴形成管道的一端以不与所对应的铜片接触为位置布局原则最大限度接近所述铜片。

进一步的，作为本发明的优选：

电能收集和储存单元包括：

电能收集元件，所述电能收集元件内部具有与液滴形成单元所形成的液滴相同化学成分的液体，且所述液体的液面高度至少浸过所述铜片阵列电极的下端部分；

以及电能储存元件，所述电能储存元件分别与所述铜片阵列电极和单根铜丝电极以及所述电能收集元件相连接，用以收集和储存所述铜片阵列电极和单根铜丝电极上产生的电流并向外输出电能。

进一步的，作为本发明的优选：

所述电能储存元件通过导线与所述电能储存元件相连。

进一步的，作为本发明的优选：

所述电能储存元件采用Bq25504芯片。

本发明另一目的是要提供一种基于上述液滴发电装置的进行液滴发电的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、调整液滴形成单元与电能产生单元之间的位置，以使得液滴能够滴落造成电能产生单元附近的液面产生波动，所述液滴形成单元能够形成多个液滴；

S2、调节液滴形成单元使多个液滴以一定的频率滴落在电能产生单元表面；

S3、通过电能收集和储存单元收集感应电荷所形成的电能并进行存储管理。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1)本发明可以收集液滴与液面接触时产生的微小电能，具有无污染，能量来源广，能够较好的利用低品位电能的优点；

2)本发明可以通过控制液滴下落的频率来控制铜片荷电的频率，具有稳定性好，发电效率高。

附图说明

图1为本发明所述的液滴发电装置对应的结构示意例图。

图中：1、液滴形成管道，2、流量控制阀，3、稳压水柜，4、铜片，5、电能收集元件，6、电能储存元件，7、导线，8、铜丝电极。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

技术背景：

当液体和固体接触时，固体表面会由于自身的极性吸附液体中的某种电性的电荷，其吸附自由离子后固体与液体接触界面带电；而液体中剩余等量异号的其它离子受吸引在界面电荷附近分布，从而这两层电荷共同构成双电层。当液滴落至液面时，会使插入液面的铜片荷电，形成电流，进而产生的电能进一步被收集。

基于上述技术，如图1所示，一种新型的利用液滴发电的装置，其主要包括：能够形成液滴并改变液滴的滴落速度的液滴形成单元；能够在液滴落入水面后，产生双电层充电电流的电能产生单元；以及能够收集所述充电电流并进行存储管理的电能收集和储存单元，其中，液滴形成单元包括：流量控制元件，所述流量控制元件具有多个能够形成液滴的液滴形成管道并通过控制液体流速改变液滴的大小和滴落速度；电能产生单元包括铜片阵列电极和单根铜丝电极，所述铜片阵列电极由多个相互并联、间隔一定距离且部分浸入液体的铜片组成，各所述液滴形成管道与各所述铜片一一对应设置，且每一所述液滴形成管道的一端以不与所对应的铜片接触为位置布局原则最大限度接近所述铜片；电能收集和储存单元包括：电能收集元件，所述电能收集元件内部具有与液滴形成单元所形成的液滴相同化学成分的液体，且所述液体的液面高度至少浸过所述铜片阵列的下端部分；以及电能储存元件，所述电能储存元件分别与所述铜片阵列电极和单根铜丝电极以及所述电能收集元件相连接，用以收集和储存所述铜片阵列电极和单根铜丝电极上产生的电流并向外输出电能。

进一步的，作为本发明的优选：

液滴形成单元还包括：

稳压水柜，所述稳压水柜通过流量控制阀改变流入其内部的液体的流速并与多个所述液滴形成管道相连通。

进一步的，作为本发明的优选：

所述电能储存元件通过导线与所述电能收集元件相连。

进一步的，作为本发明的优选：

所述电能储存元件采用Bq25504芯片。

本发明另一目的是要提供一种基于上述液滴发电装置的进行液滴发电的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、调整液滴形成单元与电能产生单元之间的位置，以使得液滴能够滴落造成电能产生单元附近的液面产生波动，所述液滴形成单元能够形成多个液滴；

S2、调节液滴形成单元使多个液滴以一定的频率滴落在电能产生单元表面；

S3、通过电能收集和储存单元收集感应电荷所形成的电能并进行存储管理。

下面以液滴发电装置其多个液滴形成管道同时滴下液滴为例进行电能收集说明，如图1所示：

本实施案例的装置参数：本例所用的输液管即液滴形成管道为内径一定的塑料管，其内径为1cm，其液滴下落高度(液滴形成管道与铜片阵列距离)为10cm，铜片阵列中相邻两个铜片之间的距离为3cm，实验所用液体均为纯水；

其中，液滴形成单元包括多个能够形成液滴的液滴形成管道1、能够控制液体流速的流量控制阀2以及稳压水柜3，所述液滴形成管道被设置于各个铜片4附近以使得每个铜片旁边都布置一条管道，管道中同时产生液滴落至液面使铜片荷电，进而实现时产生液滴并在靠近铜片处落入液面，使铜片荷电产生更大的电流，便于收集；电能产生单元包括铜片阵列电极和单根铜丝电极，所述铜片阵列电极由多个相互并联、间隔一定距离且部分浸入液体的铜片4组成，各所述液滴形成管道与各所述铜片一一对应设置，且每一所述液滴形成管道的一端以不与所对应的铜片接触为位置布局原则最大限度(如两者间间距1厘米等)接近所述铜片，从而使得每个液滴能够产生更大的电能；电能收集和储存单元包括：电能收集元件5以及电能储存元件6，所述电能收集元件5内部充装的液体为纯水，且所述液体的液面高度至少浸过各个铜片4下端；所述电能储存元件6采用的是Bq25504芯片，其分别与所述铜片阵列电极和单根铜丝电极以及所述电能收集元件相连接，用以收集和储存所述铜片电极和单根铜丝电极上产生的充电电流并向外输出电能。进一步的，作为本例的优选：所述电能储存元件通过导线7与所述电能收集元件相连。铜丝电极8完全浸入水面以下。具体过程为：装置产生液滴且液滴在与之对应的所述铜片附近落入液面时，会使液面波动并发生变形，并最终造成铜片形成新的双电层(液面向上波动)或使原先存在的双电层部分消失(液面向下波动)，通过电能收集和储存单元收集电能并进行存储管理。

基于上述液滴发电装置进行液滴发电的方法，包括如下步骤：

1)液滴落入液面位置紧靠铜片：将所述铜片阵列电极的一端插入液面一定深度，另一端与电能收集和储存单元相连；同时，将所述对应于铜片阵列电极的每根铜片的塑料管布置在靠近铜片处，所述塑料管的另一端连接稳压水柜，通过调节稳压水柜上部的流量控制阀，能够实现液滴形成和滴落速度的控制；

2)液滴能够均匀一致地落至液面：调节所述流量控制阀，使多个液滴以一定的频率降落，铜片阵列电极开始荷电，电能便不断地通过铜丝被所述Bq25504芯片收集。

检测结果：在每次液滴滴落时都会产生电能，通过所述Bq25504芯片收集产生的电能。

综上所述，采用本发明通过液滴形成单元产生液滴并在液滴落至液面时，利用电能产生单元和电能收集和储存单元将微弱电能进行收集。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种利用液滴发电的装置，其特征在于，包括：

液滴形成单元，所述液滴形成单元能够形成液滴并改变液滴的大小和滴落速度；

电能产生单元，所述电能产生单元能够在液滴滴落过程中，产生电流，电能产生单元包括：铜片阵列电极以及单根铜丝电极，所述铜片阵列电极由多个相互并联、间隔一定距离且一端部分浸入液体内的铜片组成；

以及电能收集和储存单元，所述电能收集和储存单元能够收集和存储所述电流，电能收集和储存单元包括：

电能收集元件，所述电能收集元件内部具有与液滴形成单元所形成的液滴相同化学成分的液体，且所述液体的液面高度至少浸过所述铜片阵列电极的下端部分，

以及电能储存元件，所述电能储存元件分别与所述铜片阵列电极和单根铜丝电极以及所述电能收集元件相连接，用以收集和储存所述铜片阵列电极和单根铜丝电极上产生的电流并向外输出电能。

2.根据权利要求1所述的利用液滴发电的装置，其特征在于：

液滴形成单元包括：

流量控制元件，所述流量控制元件具有多个能够形成液滴的液滴形成管道并通过控制液体流速改变液滴的大小和滴落速度。

3.根据权利要求2所述的利用液滴发电的装置，其特征在于：所述的

液滴形成单元还包括：

稳压水柜，所述稳压水柜通过流量控制阀改变流入其内部的液体的流速并各所述液滴形成管道相连通。

4.根据权利要求1所述的利用液滴发电的装置，其特征在于：

各所述液滴形成管道与各所述铜片一一对应设置，且每一所述液滴形成管道的一端以不与所对应的铜片接触为位置布局原则最大限度接近所述铜片。

5.根据权利要求1所述的利用液滴发电的装置，其特征在于：

所述电能储存元件通过导线与所述电能储存元件相连。

6.根据权利要求1所述的利用液滴发电的装置，其特征在于：

所述电能储存元件采用Bq25504芯片。

7.一种基于权利要求1-6任意一项所述的利用液滴发电的装置的进行液滴发电的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、调整液滴形成单元与电能产生单元之间的位置，以使得液滴能够滴落造成电能产生单元附近的液面产生波动，所述液滴形成单元能够形成多个液滴；

S2、调节液滴形成单元使多个液滴以一定的频率滴落在电能产生单元表面；

S3、通过电能收集和储存单元收集感应电荷所形成的电能并进行存储管理。