CN112031989A - 一种利用毛细作用进行集水发电的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用毛细作用进行集水发电的装置及方法，特点是包括用于储存水的基底箱体，基底箱体的上表面设置有一根纵向支撑杆，纵向支撑杆上固定设置有相互平行的上水平限位杆和下水平限位杆，上水平限位杆与下水平限位杆之间设置有可上下移动的齿轮条，纵向支撑杆上设置有可弯曲与回弹的杨氏模量逐渐降低的下表面亲水的水平柔性板，水平柔性板的侧面的硬杆通过连杆与齿轮条的底部活动连接，发电机的外齿轮与齿轮条上的齿轮吻合连接，基底箱体的上表面设置有用于将水平柔性板上聚集的水滴导入基底箱体内的集水管，优点是具有清洁环保、生产成本低、结构紧凑、适用范围广、结构小巧、制造方便。

Description

一种利用毛细作用进行集水发电的装置及方法
技术领域
本发明涉及集水发电领域，尤其是涉及一种利用毛细作用进行集水发电的装置及方法。
背景技术
随着经济的发展和人口的增加，一方面人类对水资源的需求不断增加，再加上存在对水资源的不合理开采和利用，很多国家和地区出现不同程度的缺水问题，我国的水资源短缺就较为严重；另一方面，我国经济与社会发展已进入大量消耗能源阶段，而自身能源又贫乏，围绕能源而形成的国际政治、经济环境又复杂，这就决定了我们必须重视节能、支持可再生能源的发展，才能实现能源消费的可持续。对开再生清洁能源的开发与利用成为了实现可持续发展战略, 保护环境安全、促进生态健康发展的重要保证。因此，急需发展一种不依靠传统化石能源就可以发电的装置，并同时可以实现集水功能，从而缓解我国的能源紧张、水资源匮乏的现状。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有清洁环保、生产成本低、结构紧凑、适用范围广、结构小巧、制造方便的利用毛细作用进行集水发电的装置及方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种利用毛细作用进行集水发电的装置，包括用于储存水的基底箱体，所述的基底箱体的上表面设置有一根纵向支撑杆，所述的纵向支撑杆上固定设置有相互平行的上水平限位杆和下水平限位杆，所述的上水平限位杆的自由端端部与所述的下水平限位杆的自由端端部之间纵向设置有可上下移动的齿轮条，所述的纵向支撑杆上且位于所述的下水平限位杆的下方固定设置有可弯曲与回弹的水平柔性板，所述的水平柔性板从固定端到自由端杨氏模量逐渐降低，所述的水平柔性板的上表面疏水且其下表面亲水，所述的水平柔性板的自由端端部的侧面水平设置有硬杆，所述的硬杆通过连杆与所述的齿轮条的底部活动连接，所述的齿轮条的一侧设置有发电机，所述的发电机的外齿轮与所述的齿轮条上的齿轮吻合连接，所述的基底箱体的上表面且位于所述的水平柔性板的自由端端部的正下方设置有用于将所述的水平柔性板上聚集的水滴导入所述的基底箱体内的集水管。
水平柔性板的下侧亲水面聚集形成水滴，水滴在水平柔性板上受到毛细力的驱动，从而自发从高杨氏模量向低杨氏模量侧发生定向移动，在毛细弹性耦合的作用下，水平柔性板向下发生弯曲，水滴移动到水平柔性板的最软侧并接触到集水管时，水滴会在重力的影响下从亲水的柔性板上移动到亲水的集水管内，水平柔性板在失去水滴的毛细作用和重力作用下会迅速反方向回弹，通过水平柔性板的上下往复运动带动齿轮条竖直来回移动，齿轮条带动发电机转动发电，进一步水平柔性板对外做功的同时也会降低自身的温度，从而更加有利于下侧亲水表面的水滴凝结。
所述的水平柔性板的厚度为0.8-1.2 mm且其杨氏模量为从10MPa- 1MPa逐渐降低。保证水平柔性板既可以在毛细弹性耦合作用以及液滴重力作用下发生足够的变形向下弯曲，又能保证水平柔性板有足够的抗弯刚度，在失去水滴的毛细作用以及液滴重力作用的束缚下有足够的恢复力产生迅速反方向回弹。
所述的水平柔性板采用橡胶材料制成并通过硫化程度来控制其杨氏模量变化，所述的水平柔性板的下表面喷有亲水涂层，所述的水平柔性板的上表面喷有疏水涂层。
所述的集水管为倒锥台形结构。
所述的连杆的一端与所述的硬杆铰接且其另一端与所述的齿轮条铰接。
所述的集水管涂有亲水涂层，所述的集水管与所述的水平柔性板之间的间距为所述的水平柔性板长度的1/8-1/12。可以通过悬臂梁在外载荷作用下的挠度公式计算出两者之间的距离，从而保证水滴能顺利接触到集水管的进水口。
上述利用毛细作用进行集水发电的装置进行集水发电的方法，包括以下步骤：
（1）空气中的水分在水平柔性板的亲水下表面聚集形成水滴，水滴在水平柔性板上受到毛细力的驱动，且在水平柔性板杨氏模量的差异作用下，水滴自发从水平柔性板的高杨氏模量侧到低杨氏模量侧定向移动；
（2）在毛细弹性耦合作用以及液滴重力的影响下，水平柔性板向杨氏模量低的一侧弯曲，并且杨氏模量越低，弯曲程度越大，从而带动硬杆向下移动，再通过连杆带动齿轮条向下移动，齿轮条驱动发电机转动发电；
（3）当水滴移动到水平柔性板的自由端并接触到集水管时，水滴在重力的影响下从水平柔性板上移动到集水管内，水平柔性板在失去水滴的毛细作用以及液滴重力作用的束缚下会迅速反方向回弹，并带动齿轮条快速反方向移动，齿轮条驱动发电机反向转动发电，将水平柔性板所储存的应变能转换为电能；
（4）水平柔性板对外做功的同时也会降低自身的温度，进一步促进水平柔性板亲水表面的水滴凝结，水滴在移动的过程中会不断聚并沿途的小水滴，最终水滴在重力作用下通过集水管落入基底箱体的内部，实现集水目的；
（5）重复步骤（1）-（4），通过水平柔性板的上下往复运动带动齿轮条上下来回移动，齿轮条驱动发电机转动发电，同时基底箱体不断收集水滴，达到集水发电的目的。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明首次公开了一种利用毛细作用进行集水发电的装置及方法，该发电装置利用毛细作用进行集水发电。优点如下：
1、本发明的装置主要利用自然界中随处可见的毛细作用，让柔性板产生弯曲，液滴脱离后的回弹将应变能转化为电能，同时兼具集水的功能，适用范围广、清洁环保；
2、本发明的装置结构简单、生产成本低、结构紧凑、操作安全的特点；
3、本发明的装置，利用柔性板的弯曲形变转化为发电机转动发电并进行集水，适用范围广、制造方便。
综上所述，本发明一种利用毛细作用进行集水发电的装置及方法，具有清洁环保、生产成本低、结构紧凑、适用范围广、结构小巧、制造方便的优点，从某种意义上脱离了传统的集水发电装置，较之于现有的多数设计的集水发电装置，将具有更加广泛的应用空间。
附图说明
图1为本发明利用毛细作用进行集水发电的装置的结构示意图一；
图2为本发明利用毛细作用进行集水发电的装置的结构示意图二；基底箱体-1，纵向支撑杆-2，上水平限位杆-3，下水平限位杆-4，齿轮条-5，水平柔性板-6，硬杆-7，连杆-8，发电机-9，集水管-10。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
具体实施例一
一种利用毛细作用进行集水发电的装置，如图1所示，包括用于储存水的基底箱体1，基底箱体1的上表面设置有一根纵向支撑杆2，纵向支撑杆2上固定设置有相互平行的上水平限位杆3和下水平限位杆4，上水平限位杆3的自由端端部与下水平限位杆4的自由端端部之间纵向设置有可上下移动的齿轮条5，纵向支撑杆2上且位于下水平限位杆4的下方固定设置有可弯曲与回弹的水平柔性板6，水平柔性板6从固定端到自由端杨氏模量逐渐降低，水平柔性板6的上表面疏水且其下表面亲水，水平柔性板6的自由端端部的侧面水平设置有硬杆7，硬杆7通过连杆8与齿轮条5的底部活动连接，齿轮条5的一侧设置有发电机9，发电机9的外齿轮与齿轮条5上的齿轮吻合连接，基底箱体1的上表面且位于水平柔性板6的自由端端部的正下方设置有用于将水平柔性板6上聚集的水滴导入基底箱体1内的集水管10。
在此具体实施例中，集水管10为倒锥台形结构；连杆8的一端与硬杆7铰接且其另一端与齿轮条5铰接。水平柔性板6采用橡胶材料制成并通过硫化程度来控制其杨氏模量变化，水平柔性板6的下表面喷有亲水涂层，水平柔性板6的上表面喷有疏水涂层。集水管10涂有亲水涂层，集水管10与水平柔性板6之间的间距为水平柔性板6长度的1/8-1/12。可以通过悬臂梁在外载荷作用下的挠度公式计算出两者之间的距离，从而保证水滴能顺利接触到集水管10的进水口。
具体实施例二
一种利用上述具体实施例一装置进行集水发电方法，如图1和图2所示，包括以下步骤：
（1）空气中的水分在水平柔性板6的亲水下表面聚集形成水滴，水滴在水平柔性板6上受到毛细力的驱动，且在水平柔性板6杨氏模量的差异作用下，水滴自发从水平柔性板6的高杨氏模量侧到低杨氏模量侧定向移动；
（2）在毛细弹性耦合作用以及液滴重力的影响下，水平柔性板6向杨氏模量低的一侧弯曲，并且杨氏模量越低，弯曲程度越大，从而带动硬杆7向下移动，再通过连杆8带动齿轮条5向下移动，齿轮条5驱动发电机9（可以选用崇朝公司生产的895发电机9）转动发电；
（3）当水滴移动到水平柔性板6的自由端并接触到集水管10时，水滴在重力的影响下从水平柔性板6上移动到集水管10内，水平柔性板6在失去水滴的毛细作用以及液滴重力作用的束缚下会迅速反方向回弹，并带动齿轮条5快速反方向移动，齿轮条5驱动发电机9反向转动发电，将水平柔性板6所储存的应变能转换为电能；
（4）水平柔性板6对外做功的同时也会降低自身的温度，进一步促进水平柔性板6亲水表面的水滴凝结，水滴在移动的过程中会不断聚并沿途的小水滴，最终水滴在重力作用下通过集水管10落入基底箱体1的内部，实现集水目的；
（5）重复步骤（1）-（4），通过水平柔性板6的上下往复运动带动齿轮条5上下来回移动，齿轮条5驱动发电机9转动发电，同时基底箱体1不断收集水滴，达到集水发电的目的。
上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种利用毛细作用进行集水发电的装置，其特征在于：包括用于储存水的基底箱体，所述的基底箱体的上表面设置有一根纵向支撑杆，所述的纵向支撑杆上固定设置有相互平行的上水平限位杆和下水平限位杆，所述的上水平限位杆的自由端端部与所述的下水平限位杆的自由端端部之间纵向设置有可上下移动的齿轮条，所述的纵向支撑杆上且位于所述的下水平限位杆的下方固定设置有可弯曲与回弹的水平柔性板，所述的水平柔性板从固定端到自由端杨氏模量逐渐降低，所述的水平柔性板的上表面疏水且其下表面亲水，所述的水平柔性板的自由端端部的侧面水平设置有硬杆，所述的硬杆通过连杆与所述的齿轮条的底部活动连接，所述的齿轮条的一侧设置有发电机，所述的发电机的外齿轮与所述的齿轮条上的齿轮吻合连接，所述的基底箱体的上表面且位于所述的水平柔性板的自由端端部的正下方设置有用于将所述的水平柔性板上聚集的水滴导入所述的基底箱体内的集水管。
2.根据权利要求1所述的一种利用毛细作用进行集水发电的装置，其特征在于：所述的水平柔性板的厚度为0.8-1.2 mm且其杨氏模量为从10MPa- 1MPa逐渐降低。
3.根据权利要求2所述的一种利用毛细作用进行集水发电的装置，其特征在于：所述的水平柔性板采用橡胶材料制成并通过硫化程度来控制其杨氏模量变化，所述的水平柔性板的下表面喷有亲水涂层，所述的水平柔性板的上表面喷有疏水涂层。
4.根据权利要求1所述的一种利用毛细作用进行集水发电的装置，其特征在于：所述的集水管为倒锥台形结构。
5.根据权利要求1所述的一种利用毛细作用进行集水发电的装置，其特征在于：所述的连杆的一端与所述的硬杆铰接且其另一端与所述的齿轮条铰接。
6.根据权利要求1所述的一种利用毛细作用进行集水发电的装置，其特征在于：所述的集水管涂有亲水涂层，所述的集水管与所述的水平柔性板之间的间距为所述的水平柔性板长度的1/8-1/12。
7.一种利用权利要求1-6中任一项所述的装置进行集水发电的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）空气中的水分在水平柔性板的亲水下表面聚集形成水滴，水滴在水平柔性板上受到毛细力的驱动，且在水平柔性板杨氏模量的差异作用下，水滴自发从水平柔性板的高杨氏模量侧到低杨氏模量侧定向移动；
（2）在毛细弹性耦合作用以及液滴重力的影响下，水平柔性板向杨氏模量低的一侧弯曲，并且杨氏模量越低，弯曲程度越大，从而带动硬杆向下移动，再通过连杆带动齿轮条向下移动，齿轮条驱动发电机转动发电；
（3）当水滴移动到水平柔性板的自由端并接触到集水管时，水滴在重力的影响下从水平柔性板上移动到集水管内，水平柔性板在失去水滴的毛细作用以及液滴重力作用的束缚下会迅速反方向回弹，并带动齿轮条快速反方向移动，齿轮条驱动发电机反向转动发电，将水平柔性板所储存的应变能转换为电能；
（4）水平柔性板对外做功的同时也会降低自身的温度，进一步促进水平柔性板亲水表面的水滴凝结，水滴在移动的过程中会不断聚并沿途的小水滴，最终水滴在重力作用下通过集水管落入基底箱体的内部，实现集水目的；
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