CN114696657A - 一种压电式雨滴能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新能源发电技术领域，尤其涉及一种压电式雨滴能发电装置，旨在解决目前对雨滴发电的研究仅停留在基础理论方面，在实际应用方面存在明显不足，尚未形成明确的液滴发电装置的问题。该压电式雨滴能发电装置，包括外部壳体、第一层发电单元、第二层发电单元、第三层发电单元和整流储能单元，外部壳体对其内部发电部件提供支撑与保护，同时可实现雨滴的引流和排出，第一层发电单元、第二层发电单元、第三层发电能够进行发电，通过导线对第一层发电单元、第二层发电单元、第三层发电单元产生的电能进行串联或并联，最终通过导线接入到整流储能单元中，提高了发电效率，提高了雨滴能利用率，填补了雨滴发电在实际应用方面的空白。

Description

一种压电式雨滴能发电装置

技术领域

本发明涉及新能源发电技术领域，尤其涉及一种压电式雨滴能发电装置。

背景技术

随着我国绿色经济发展理念的推广，对于生态环境建设的重视，将新能源发展摆在至关重要的位置。

目前主流新能源发电方式是以太阳能、风能发电为主，而我国南方拥有绵长的雨季，降水量加大，近年来随着气候变迁雨带北移，我国北方降雨明显增多，雨滴降落过程具有巨大的动能目前尚未加以利用。雨滴等液滴发电具有广阔的应用前景，但目前对雨滴发电的研究仅停留在基础理论方面，在实际应用方面存在明显不足，尚未形成明确的液滴发电装置。

发明内容

本发明提供一种压电式雨滴能发电装置，以解决目前对雨滴发电的研究仅停留在基础理论方面，在实际应用方面存在明显不足，尚未形成明确的液滴发电装置的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种压电式雨滴能发电装置，包括一种压电式雨滴能发电装置，其特征在于，包括外部壳体，外部壳体的内部设置第一层发电单元、第二层发电单元、第三层发电单元和整流储能单元，第三层发电单元的下端固定安装在外部壳体上，第三层发电单元的上端与第二层发电单元固定连接，第二层发电单元的上端与第一层发电单元固定连接，第一层发电单元与第二层发电单元电性连接，第二层发电单元与第三层发电单元电性连接，第三层发电单元与整流储能单元电性连接；

第一层发电单元包括外层圆环、内层环片、水平压电膜、倾斜压电片和支撑板，外层圆环与内层环片之间固定安装水平压电膜，外层圆环与支撑板之间固定安装倾斜压电片；

第二层发电单元包括压电薄片、缓冲弹簧和支撑部件，压电薄片圆周均布在支撑板上，压电薄片的上端固定在支撑板上，压电薄片的下端固定在支撑部件上，缓冲弹簧圆周均布在支撑板上，缓冲弹簧的上端固定在支撑板上，缓冲弹簧的下端固定在支撑部件上；

第三层发电单元包括竖直压电片、预压缩弹簧、预拉伸弹簧，竖直压电片圆周均布在支撑底座上，竖直压电片的下端固定安装在支撑底座上，竖直压电片的上端固定安装在支撑部件上，预压缩弹簧的下端固定安装在支撑底座上，预压缩弹簧的上端固定安装在支撑部件上，预拉伸弹簧的下端固定安装在支撑底座上，预拉伸弹簧的上端固定安装在支撑部件上。

在上述的压电式雨滴能发电装置中，可选的是，外部壳体包括四周壳体和支撑底座，四周壳体的下端固定安装支撑底座，四周壳体为空心筒状结构，支撑底座上设置多个排水通道，支撑底座上设置多条布线空隙，支撑底座为内凹式结构。

在上述的压电式雨滴能发电装置中，可选的是，外部壳体还包括顶盖，顶盖安装在四周壳体的上端。

在上述的压电式雨滴能发电装置中，可选的是，外层圆环的内侧壁设置第一环形空隙，内层环片的外侧壁设置第二环形空隙，水平压电膜固定安装在第一环形空隙与第二环形空隙内，外层圆环的侧下方设置第三环形空隙，支撑板的上端设置第四环形空隙，倾斜压电片固定安装在第三环形空隙与第四环形空隙内。

在上述的压电式雨滴能发电装置中，可选的是，整流储能单元包括整流元件、电能存储元件，整流元件与电能存储元件电性连接。

本发明提供的压电式雨滴能发电装置，包括外部壳体、第一层发电单元、第二层发电单元、第三层发电单元和整流储能单元，外部壳体对其内部发电部件提供支撑与保护，同时可实现雨滴的引流和排出，第一层发电单元能够在雨滴的直接冲击下进行发电，第二层发电单元能够在第一层发电单元与聚集液滴的重力以及雨滴的冲击作用下进行发电，第三层发电单元能够在第一层发电单元、第二层发电单元与聚集液滴的重力以及自身摆动作用下进行发电，整流储能单元能够实现电流的整流及电能的存储，通过导线对第一层发电单元、第二层发电单元、第三层发电单元产生的电能进行串联或并联，最终通过导线接入到整流储能单元中，提高了发电效率，提高了雨滴能利用率，填补了雨滴发电在实际应用方面的空白。

本发明的构造以及它的其他发明目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的压电式雨滴能发电装置的整体结构示意图。

附图标记说明：

1-顶盖；

2-四周壳体；

3-支撑底座；

4-外层圆环；

5-内层环片；

6-水平压电膜；

7-倾斜压电片；

8-压电薄片；

9-缓冲弹簧；

10-支撑部件；

11-竖直压电片；

12-预压缩弹簧；

13-预拉伸弹簧；

14-整流储能单元；

15-支撑板。

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，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图1所示，本发明提供一种压电式雨滴能发电装置，包括一种压电式雨滴能发电装置，其特征在于，包括外部壳体，外部壳体的内部设置第一层发电单元、第二层发电单元、第三层发电单元和整流储能单元14，第三层发电单元的下端固定安装在外部壳体上，第三层发电单元的上端与第二层发电单元固定连接，第二层发电单元的上端与第一层发电单元固定连接，第一层发电单元与第二层发电单元电性连接，第二层发电单元与第三层发电单元电性连接，第三层发电单元与整流储能单元14电性连接。

第一层发电单元包括外层圆环4、内层环片5、水平压电膜6、倾斜压电片7和支撑板15，外层圆环4与内层环片5之间固定安装水平压电膜6，外层圆环4与支撑板15之间固定安装倾斜压电片7。

第二层发电单元包括压电薄片8、缓冲弹簧9和支撑部件10，压电薄片8圆周均布在支撑板15上，压电薄片8的上端固定在支撑板15上，压电薄片8的下端固定在支撑部件10上，缓冲弹簧9圆周均布在支撑板15 上，缓冲弹簧9的上端固定在支撑板15上，缓冲弹簧9的下端固定在支撑部件10上。

第三层发电单元包括竖直压电片11、预压缩弹簧12、预拉伸弹簧13，竖直压电片11圆周均布在支撑底座3上，竖直压电片11的下端固定安装在支撑底座3上，竖直压电片11的上端固定安装在支撑部件10上，预压缩弹簧12的下端固定安装在支撑底座3上，预压缩弹簧12的上端固定安装在支撑部件10上，预拉伸弹簧13的下端固定安装在支撑底座3上，预拉伸弹簧13的上端固定安装在支撑部件10上。

需要说明的是，外部壳体能够对其内部发电部件提供支撑与保护，同时可实现雨滴的引流和排出；第一层发电单元能够在雨滴的直接冲击下进行发电；第二层发电单元能够在第一层发电单元与聚集液滴的重力以及雨滴的冲击作用下进行发电；第三层发电单元能够在第一层发电单元、第二层发电单元与聚集液滴的重力以及自身摆动作用下进行发电；整流储能单元14能够实现电流的整流及电能的存储。

水平压电膜6在雨滴冲击作用下将雨滴冲击能量转换为电能；倾斜压电片7在外层圆环4、内层环片5、水平压电膜6的重力以及雨滴冲击作用下进行发电。

压电薄片8构成组成压电阵列；缓冲弹簧9为压电薄片8提供缓冲，防止降水较大时压电薄片8被压断，缓冲弹簧9能够进行能量的缓冲释放，以延长压电薄片8的发电时间；支撑部件10内设置埋线槽，支撑部件10 的上端设置卡槽，为压电薄片8、缓冲弹簧9提供安装固定空间，支撑部件10上设置多个圆周阵列的圆孔，便于进行电路排布；压电薄片8产生电能的正负极分别连接导线，与压电薄片8连接的两根导线分别布置在支撑板15和支撑部件10内。

支撑底座3内设置埋线槽，支撑底座3和支撑部件10上设置圆孔，预压缩弹簧12和预拉伸弹簧13均固定安装在支撑底座3和支撑部件10 上的圆孔内；预压缩弹簧12的初始状态为压缩状态，预拉伸弹簧13的初始状态为拉伸状态，预压缩弹簧12和预拉伸弹簧13一方面起到缓冲作用，另一方面，在装置受到雨滴冲击等外部扰动作用下，通过预压缩弹簧12和预拉伸弹簧13使得竖直压电片11产生较长时间的摆动，延长发电时间；竖直压电片11产生电能的正负极分别连接导线，与竖直压电片11连接的两根导线分别布置在支撑部件10和支撑底座3内。

第一层发电单元的发电过程：雨滴冲击内层环片5与外层圆环4之间的水平压电膜6，引起水平压电膜6的震动，进行压电发电，与此同时，在外层圆环4、内层环片5、水平压电膜6的重力以及雨滴冲击作用下，引起倾斜压电片7的弯曲颤动，使得倾斜压电片7进行发电。

第二层发电单元的发电过程：在第一层发电单元与雨滴自身重力以及雨滴的冲击作用下，压电薄片8发生弯曲进行发电，压电薄片8的电荷产生在压电薄片8的前后表面(宽的一面)。

第三层发电单元的发电过程：在第一层发电单元、第二层发电单元与雨滴自身重力以及雨滴的冲击作用下，竖直压电片11发生弯曲进而发电，电荷同样产生在竖直压电片11的前后表面(宽的一面)，在装置受到雨滴冲击作用下，通过预压缩弹簧12和预拉伸弹簧13使得竖直压电片11 产生较长时间的摆动，延长发电时间。

通过导线对第一层发电单元、第二层发电单元、第三层发电单元产生的电能进行串联或并联，最终通过导线接入到整流储能单元14中。

进一步地，外部壳体包括四周壳体2和支撑底座3，四周壳体2的下端固定安装支撑底座3，四周壳体2为空心筒状结构，支撑底座3上设置多个排水通道，支撑底座3上设置多条布线空隙，支撑底座3为内凹式结构。

需要说明的是，四周壳体2与支撑底座3优选一体化设计，有效保护内部发电装置免受损坏，支撑底座3上的多个排水通道能够实现水量较大时装置内部水量的及时排出，确保装置安全；支撑底座3上的多条布线空隙能够满足电路布线需求；支撑底座3的内凹式结构设计为整流储能单元 14留出安装空间。

进一步地，外部壳体还包括顶盖1，顶盖1安装在四周壳体2的上端。

需要说明的是，顶盖1的尺寸大于四周壳体2的尺寸，便于将顶盖1 盖在四周壳体2上；顶盖1的顶部设置把手，便于顶盖1的取放；在无雨天气以及雨量特别大以致能够损坏发电装置时，将顶盖1盖在四周壳体2 上，使得发电装置不受损坏，顶盖1与四周壳体2的配合能够对发电装置进行全方位保护；当雨量在发电装置可承受的范围内时，打开顶盖1，通过雨滴冲击发电装置进行发电；顶盖1的材质不做具体限定，能够达到保护发电装置的目的即可，优选的，顶盖1上布置太阳能板，在无雨天气也可以进行太阳能发电，提高发电装置的利用率。

进一步地，外层圆环4的内侧壁设置第一环形空隙，内层环片5的外侧壁设置第二环形空隙，水平压电膜6固定安装在第一环形空隙与第二环形空隙内，外层圆环4的侧下方设置第三环形空隙，支撑板15的上端设置第四环形空隙，倾斜压电片7固定安装在第三环形空隙与第四环形空隙内。

需要说明的是，内层环片5的外围为圆环、内部为圆形片，圆形片用来提高内层环片5的支撑强度，圆形片的中间设置通孔，便于线路布置；外层圆环4、内层环片5、支撑板15内均设置埋线槽，水平压电膜6产生电能的正负极分别连接导线，与水平压电膜6连接的两根导线分别布置在外层圆环4和内层环片5的外围圆环内；倾斜压电片7产生电能的正负极分别连接导线，与倾斜压电片7连接的两根导线分别布置在外层圆环4和支撑板15内；通过导线对水平压电膜6与倾斜压电片7产生的电能进行串联。

进一步地，整流储能单元14包括整流元件、电能存储元件，整流元件与电能存储元件电性连接。

需要说明的是，整流储能单元14中的整流元件构成的整流电路将各层发电单元产生的电流进行整流为后续电能存储提供条件，电能存储元件收集和存储各层发电单元产生的电能并可向外部用电器件输电。

本发明提供的压电式雨滴能发电装置在实际应用过程中，往往是多个装置同时使用，此外，该装置也可以应用于其他液滴的发电方面。

本发明提供的压电式雨滴能发电装置，包括外部壳体、第一层发电单元、第二层发电单元、第三层发电单元和整流储能单元14，外部壳体对其内部发电部件提供支撑与保护，同时可实现雨滴的引流和排出，第一层发电单元能够在雨滴的直接冲击下进行发电，第二层发电单元能够在第一层发电单元与聚集液滴的重力以及雨滴的冲击作用下进行发电，第三层发电单元能够在第一层发电单元、第二层发电单元与聚集液滴的重力以及自身摆动作用下进行发电，整流储能单元14能够实现电流的整流及电能的存储，通过导线对第一层发电单元、第二层发电单元、第三层发电单元产生的电能进行串联或并联，最终通过导线接入到整流储能单元14中，提高了发电效率，提高了雨滴能利用率，填补了雨滴发电在实际应用方面的空白。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各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各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种压电式雨滴能发电装置，其特征在于，包括外部壳体，所述外部壳体的内部设置第一层发电单元、第二层发电单元、第三层发电单元和整流储能单元，所述第三层发电单元的下端固定安装在所述外部壳体上，所述第三层发电单元的上端与所述第二层发电单元固定连接，所述第二层发电单元的上端与所述第一层发电单元固定连接，所述第一层发电单元与所述第二层发电单元电性连接，所述第二层发电单元与所述第三层发电单元电性连接，所述第三层发电单元与所述整流储能单元电性连接。

所述第一层发电单元包括外层圆环、内层环片、水平压电膜、倾斜压电片和支撑板，所述外层圆环与所述内层环片之间固定安装所述水平压电膜，所述外层圆环与所述支撑板之间固定安装所述倾斜压电片。

所述第二层发电单元包括压电薄片、缓冲弹簧和支撑部件，所述压电薄片圆周均布在所述支撑板上，所述压电薄片的上端固定在所述支撑板上，所述压电薄片的下端固定在所述支撑部件上，所述缓冲弹簧圆周均布在所述支撑板上，所述缓冲弹簧的上端固定在所述支撑板上，所述缓冲弹簧的下端固定在所述支撑部件上。

所述第三层发电单元包括竖直压电片、预压缩弹簧、预拉伸弹簧，所述竖直压电片圆周均布在所述支撑底座上，所述竖直压电片的下端固定安装在所述支撑底座上，所述竖直压电片的上端固定安装在所述支撑部件上，所述预压缩弹簧的下端固定安装在所述支撑底座上，所述预压缩弹簧的上端固定安装在所述支撑部件上，所述预拉伸弹簧的下端固定安装在所述支撑底座上，所述预拉伸弹簧的上端固定安装在所述支撑部件上。

2.根据权利要求1所述的压电式雨滴能发电装置，其特征在于，所述外部壳体包括四周壳体和支撑底座，所述四周壳体的下端固定安装所述支撑底座，所述四周壳体为空心筒状结构，所述四周壳体为空心筒状结构，所述支撑底座上设置多个排水通道，所述支撑底座上设置多条布线空隙，所述支撑底座为内凹式结构。

3.根据权利要求2所述的压电式雨滴能发电装置，其特征在于，所述外部壳体还包括顶盖，所述顶盖安装在所述四周壳体的上端。

4.根据权利要求1所述的压电式雨滴能发电装置，其特征在于，所述外层圆环的内侧壁设置第一环形空隙，所述内层环片的外侧壁设置第二环形空隙，所述水平压电膜固定安装在所述第一环形空隙与所述第二环形空隙内，所述外层圆环的侧下方设置第三环形空隙，所述支撑板的上端设置第四环形空隙，所述倾斜压电片固定安装在所述第三环形空隙与所述第四环形空隙内。

5.根据权利要求1所述的压电式雨滴能发电装置，其特征在于，所述整流储能单元包括整流元件、电能存储元件，整流元件与电能存储元件电性连接。

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