CN112436757A - 心脏微纳米柔性发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种心脏微纳米柔性发电系统，包括能量转换系统，电能存储系统，用能系统。所述能量转换系统由碳纤维‑ZnO‑纸阵列复合结构、纤维状柔性压电纳米并联结构组成；所述电能存储系统由输电线路、整流‑滤波‑稳压电路、蓄电池组成；所述用能系统由心脏起搏器、心脏复律除颤器、脑起搏器等用能终端组成。本发明通过将碳纤维‑ZnO‑纸阵列复合结构附于心脏表面捕集心脏能量产生电能，进而对植入式电子设备不间断供能，采用微纳米柔性发电系统解决了植入式电子设备电池能量消耗后需要手术更换供电设备的问题。
Description
技术领域
本发明涉及微型发电技术领域，具体涉及一种心脏微纳米柔性发电系统。
背景技术
随着医学事业进步，人体许多重要器官可以采用植入式电子装置进行诊断和治疗。现有的植入式电子设备需要蓄电池供电，但是一旦电池能量耗尽，就需要及时通过手术进行电池更换，这无疑增加了手术费用、病患者的经济负担等。在人体内部有许多运动或活动器官比如心脏，这些器官蕴藏有一定的机械能，如果能将此部分机械能转化为电能并为植入式电子设备供电，即可免去由于电池能量耗尽更换植入式电子设备的繁琐工作。然而，由于心脏是人体最重要的器官之一，不恰当的捕集能量会使得心脏损伤或使得心脏不能正常工作，传统的基于法拉第定律的电磁感应式发电机由于其结构复杂，因此不适合心脏系统的发电，如何设计一款体积小效率高的发电系统，成了当下亟需解决的问题。
发明内容
为了克服传统发电技术不适合心脏能量捕集问题，本发明提供一种心脏微纳米柔性发电系统，包括能量转换系统，电能存储系统，用能系统。所述能量转换系统由碳纤维-ZnO-纸阵列复合结构、纤维状柔性压电纳米并联结构组成；该结构可实现多根碳纤维并联，根据需要产生不能能级的电能。能量转换系统用于捕集心脏能量，利用低维微纳米或薄膜构建微纳米柔性发电系统，将微纳米材料与柔性聚合物材料进行复合，得到独立的柔性复合材料并构建器件。
所述电能存储系统由输电线路、整流滤波电路、蓄电池组成；所述电能存储系统中，整流电路可以根据需要设计为半波整流电路、全波整流电路、桥式整流电路等；滤波电路可以设计为电容滤波电路、电感滤波电路、复式滤波电路等；稳压电路可以设计为二极管稳压电路、硅稳压管稳压电路、串联型稳压电路、带有放大环节的稳压电路等。根据终端用能系统不同，可设计不同的碳纤维-ZnO-纸阵列复合阵列结构，同时配套设计不同的电路以提供不同等级的能量。
本发明通过将碳纤维-ZnO-纸阵列复合结构附于心脏表面捕集心脏能量产生电能，进而对植入式电子设备不间断供能。所述用能系统电子设备可以是心脏起搏器、心脏复律除颤器、脑起搏器等用能终端组成。
现有文件1：心脏纳米发电系统，(申请号：201310733106.8)申请公开了一种心脏纳米发电系统，其特征包括发电主体、输出部、固定部、封装层。其发电主体为压电材料层，压电材料繁多，不能泛泛的将压电材料附于心脏表面获取心脏跳动时的动能，对比文件1中压电材料为压电晶体、压电陶瓷、有机压电聚合物，所述材料没有考虑质轻、高效、柔性等问题。在滤波电路的设计中其所适用的所述植入式电子设备为心脏起搏器、心脏复律除颤器、脑起搏器、喉起搏器、膀胱起搏器、电子耳蜗、电子视网膜、胰岛素泵、血糖监测仪，对比文件1中没有考虑不同电子设备所需的不同电路设计，只是简单的提及用能设备，其设计尚不完善。
本发明所采用的技术方案是：一种心脏微纳米柔性发电系统，包括能量转换系统，电能存储系统，用能系统。所述能量转换系统由碳纤维-ZnO-纸阵列复合结构1、纤维状柔性压电纳米并联结构组成，发电系统中由数组(根据用能终端确定)碳纤维-ZnO-纸阵列复合结构附于心脏表面，用以捕集心脏跳动时的动能，通过微纳米柔性碳纤维-ZnO-纸阵列复合结构捕集动能，将动能转换为电能，通过输电线路a5连接至整流-滤波-稳压电路2，整流-滤波-稳压电路2中分别由整流电路8、滤波电路9、稳压电路10构成，然后通过输电线路b6连接至蓄电池3，通过输电线路c7连接至用能系统4。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明通过具有微纳米柔性的碳纤维-ZnO-纸阵列复合结构捕集心脏动能，将动能转换为电能，在转换过程中整流-滤波-稳压电路可以根据用能需要设计为半波整流电路、全波整流电路、桥式整流电路等；滤波电路可以设计为电容滤波电路、电感滤波电路、复式滤波电路等；稳压电路可以设计为二极管稳压电路、硅稳压管稳压电路、串联型稳压电路、带有放大环节的稳压电路等。进而对植入式电子设备不间断供能。采用微纳米柔性发电系统的设计提高了能量利用率，降低了附于心脏表面的质量，尽可能的降低了对心脏本身器官的损害，整流-滤波-稳压电路的设计为用能终端提供了翔实可靠的保障。
附图说明
图1为本专利的结构示意图；
图2为本专利的能量转换系统(碳纤维-ZnO-纸阵列复合结构)的结构示意图；
图3为本专利的整流-滤波-稳压结构示意图；
附图中，1-碳纤维-ZnO-纸阵列复合结构；2-整流-滤波-稳压电路；3-蓄电池；4-用能系统；5-输电线路a；6-输电线路b；7-输电线路c；8-整流电路；9-滤波电路；10-稳压电路；
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1至图3所示，本实施例公开了一种心脏微纳米柔性发电系统，包括能量转换系统，电能存储系统，用能系统。所述能量转换系统由碳纤维-ZnO-纸阵列复合结构1、纤维状柔性压电纳米并联结构组成，发电系统中由数组(根据用能终端确定)碳纤维-ZnO-纸阵列复合结构附于心脏表面，用以捕集心脏跳动时的动能，通过微纳米柔性碳纤维-ZnO-纸阵列复合结构捕集动能，将动能转换为电能，通过输电线路a5连接至整流-滤波-稳压电路2，整流-滤波-稳压电路2中分别由整流电路8、滤波电路9、稳压电路10构成，然后通过输电线路b6连接至蓄电池3，通过输电线路c7连接至用能系统4。
其具体结构如下：
所述碳纤维-ZnO-纸阵列复合结构1捕集心脏动能，将动能转换为电能，捕集到的动能转换为电能，通过输电线路a5，连接至整流-滤波-稳压电路2，整流-滤波-稳压电路2中首先通过整流电路8进行整流，再利用滤波电路9进行滤波，进而通过稳压电路10进行稳压，得到所需的用能参数，进而通过输电线路b6将电能存储至蓄电池3中，通过输电线路c7供给用能系统4。整流-滤波-稳压电路2可以根据用能需要设计为半波整流电路、全波整流电路、桥式整流电路等；滤波电路可以设计为电容滤波电路、电感滤波电路、复式滤波电路等；稳压电路可以设计为二极管稳压电路、硅稳压管稳压电路、串联型稳压电路、带有放大环节的稳压电路等。
本发明采用质轻、高效的发电材料附于心脏表面捕集心脏动能，为用能系统提供电能，提供了能量利用效率，保证了供能效果。采用微纳米柔性材料的设计将对心脏的损害程度减小到了最低，实现了对植入式电子设备不间断供能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (6)
1.心脏微纳米柔性发电系统，包括能量转换系统、电能存储系统、用能系统。
2.根据权利要求1所述的心脏微纳米柔性发电系统，其特征在于：所述能量转换系统由碳纤维-ZnO-纸阵列复合结构构成，发电系统由纤维状柔性压电纳米并联结构组成；系统中利用微纳米或薄膜构建的发电系统可实现柔性设计，该系统可设计为数根碳纤维进行并联获取不同等级的电压，以获得不同的电流输出。
3.根据权利要求1所述的心脏微纳米柔性发电系统，其特征在于：所述电能存储系统由输电线路、整流-滤波-稳压电路、蓄电池组成。
4.根据权利要求1所述的心脏微纳米柔性发电系统，其特征在于：所述整流-滤波-稳压电路可以根据需要设计为半波整流电路、全波整流电路、桥式整流电路等；滤波电路可以设计为电容滤波电路、电感滤波电路、复式滤波电路等；稳压电路可以设计为二极管稳压电路、硅稳压管稳压电路、串联型稳压电路、带有放大环节的稳压电路等。
5.根据权利要求1所述的心脏微纳米柔性发电系统，其特征在于：本发明通过将碳纤维-ZnO-纸阵列复合结构附于心脏表面捕集心脏能量产生电能，进而对植入式电子设备不间断供能，采用微纳米柔性发电系统解决植入式电子设备电池能量消耗后需要手术更换供电设备的问题。所述用能系统根据所需电压和电流不同，分别设计为心脏起搏器供能、为心脏复律除颤器供能、为脑起搏器供能等。
6.根据权利要求1所述的心脏微纳米柔性发电系统，其特征在于：所述心脏微纳米柔性发电系统中的能量转换系统不局限于碳纤维-ZnO-纸阵列复合结构，柔性微纳米复合结构均在本专利能量转换系统保护范畴。
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