CN115664255A - 能量转换装置、充电装置及能量转换系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能量转换装置、充电装置及能量转换系统，本发明涉及能量采集技术领域。其中，能量转换装置包括：疏水层、第一电极板、第二电极板、导电液滴层、振动件。疏水层与第一电极板的一侧面连接，充电装置用于对所述疏水层进行充电操作。第二电极板与第一电极板相对设置，第二电极板与第一电极板电连接。导电液滴层以阵列形式排布于第二电极板靠近疏水层的一侧面。振动件控制第二电极板在第一方向上往复运动，以使导电液滴层与疏水层接触或分离，从而实现将机械能转换为电能。本实施例的能量转换装置通过设置完成充电操作的疏水层，就能够实现能量的转换，无需供电源提供持续的外加电场，从而节省了电能。

Description

能量转换装置、充电装置及能量转换系统

技术领域

本发明涉及能量采集技术领域，尤其是涉及一种能量转换装置、充电装置及能量转换系统。

背景技术

相关技术中，能量转换装置采用逆电润湿发电的方式将机械能转化为电能。然而，该方式需要由外部直流偏振电压源提供电子，以实现能量的转换，即采用逆电润湿发电的方式需要供电源提供持续的外加电场，因此造成了电能的浪费。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种能量转换装置，能够在无需供电源提供持续的外加电场的情况下，实现能量的转换。

本发明还提出一种用于对上述能量转换装置中的第一电极板进行充电操作的充电装置，以及一种具有上述能量转换装置、充电装置的能量转换系统。

根据本发明的第一方面实施例的能量转换装置，包括：

疏水层，所述疏水层用于与充电装置进行连接；其中，所述充电装置用于对所述疏水层进行充电操作；

第一电极板，所述第一电极板的一侧面与所述疏水层连接；

第二电极板，所述第二电极板与所述疏水层相对设置，并形成运动通道，所述第二电极板的一端与第一电极板的一端电连接；

导电液滴层，所述导电液滴层以阵列形式排布于所述第二电极板靠近所述疏水层的一侧面；

振动件，所述振动件设置于所述第二电极板远离所述疏水层的一侧，所述振动件用于控制所述第二电极板在第一方向上往复运动，以使所述导电液滴层与所述疏水层接触或分离。

根据本发明实施例的能量转换装置，至少具有如下有益效果：疏水层与第一电极板的一侧面连接，充电装置用于对所述疏水层进行充电操作。第二电极板与第一电极板相对设置，第二电极板与第一电极板电连接。导电液滴层以阵列形式排布于第二电极板靠近疏水层的一侧面。振动件控制第二电极板在第一方向上往复运动，以使导电液滴层与疏水层接触或分离，从而实现将机械能转换为电能。本实施例的能量转换装置通过设置完成充电操作的疏水层，就能够实现能量的转换，无需供电源提供持续的外加电场，从而节省了电能。

根据本发明的一些实施例，所述能量转换装置还包括：

升降件，所述升降件的一端与所述第一电极板连接，所述升降件用于控制所述第一电极板与所述第二电极板之间的距离。

根据本发明的一些实施例，所述能量转换装置还包括：

负载，所述负载用于分别与所述第一电极板、所述第二电极板电连接；

电压测量模块，所述电压测量模块用于分别与所述负载的两端电连接，所述电压测量模块用于检测所述负载两端的电压。

根据本发明的一些实施例，所述疏水层的材料为含氟聚合物。

根据本发明的一些实施例，所述第一电极板与所述第二电极板的材料均为导电玻璃。

根据本发明的第二方面实施例的充电装置，用于为本发明上述第一方面实施例中所述的疏水层进行充电操作，所述充电装置包括：

容器，所述容器设有收容腔和与所述收容腔相连通的开口，所述收容腔用于收容水溶液；其中，所述水溶液用于与外部电源电连接，所述外部电源用于提供充电信号；

提拉部，所述提拉部用于与所述第一电极板连接，所述提拉部与所述容器的开口端相对设置；其中，所述第一电极板用于与所述外部电源电连接，所述水溶液用于根据所述充电信号对所述疏水层进行充电操作；

控制模块，所述控制模块用于与所述提拉部连接，所述控制模块用于控制所述提拉部在第二方向上运动，以使所述第一电极板、所述疏水层浸入所述水溶液中。

根据本发明实施例的充电装置，至少具有如下有益效果：容器的收容腔用于收容水溶液，提拉部与第一电极板连接，提拉部与容器的开口端相对设置。外部电源分别与第一电极板、水溶液电连接，控制模块控制提拉部在第二方向上运动，以使第一电极板和疏水层浸入水溶液中，从而使水溶液对疏水层进行充电操作。本实施例的充电装置能够实现对疏水层进行充电，同时，在完成充电后疏水层的表面电荷分布均匀。同时，本实施例还提高了疏水层表面上电荷的分布密度，以使能量转换装置能够生成更大的电能量密度。

根据本发明的一些实施例，所述充电装置还包括：

功率放大器，所述功率放大器用于分别与所述第一电极板、所述水溶液、所述外部电源电连接，所述功率放大器用于对所述充电信号进行功率放大操作。

根据本发明的第三方面实施例的能量转换系统，包括：

根据本发明上述第一方面实施例的能量转换装置；

根据本发明上述第二方面实施例的充电装置，所述充电装置用于为所述疏水层进行充电操作。

根据本发明实施例的能量转换系统，至少具有如下有益效果：该能量转换系统通过采用上述能量转换装置、充电装置，能够在无需供电源提供持续的外加电场的情况下，实现能量的转换，从而节省了电能。同时，本实施例的能量转换系统能够使疏水层的表面电荷分布均匀。同时，本实施例还提高了疏水层表面上电荷的分布密度，以使能量转换装置能够生成更大的电能量密度。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明能量转换装置的一具体实施例的示意图；

图2为本发明第二电极板、导电液滴层的一具体实施例的俯视图；

图3为本发明能量转换装置的另一具体实施例的示意图；

图4为本发明充电装置的一具体实施例的示意图。

附图标记：

疏水层100、第一电极板200、第二电极板300、导电液滴层400、振动件500、升降件600、负载700、容器800、水溶液810、外部电源900。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或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，而不是指示或暗示所指的装置或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，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

如图1所示，本发明实施例提供了一种能量转换装置，包括：疏水层100、第一电极板200、第二电极板300、导电液滴层400、振动件500。疏水层100用于与充电装置进行连接，其中，充电装置用于对疏水层100进行充电操作；第一电极板200的一侧面与疏水层100连接；第二电极板300与疏水层100相对设置，并形成运动通道，第二电极板300的一端与第一电极板200的一端电连接；导电液滴层400以阵列形式排布于第二电极板300靠近疏水层100的一侧面；振动件500设置于第二电极板300远离疏水层100的一侧，振动件500用于控制第二电极板300在第一方向上往复运动，以使导电液滴层400与疏水层100接触或分离。

具体地，充电装置完成对疏水层100的充电操作后，疏水层100的表面均匀分布有负电荷。参照图1，疏水层100与第一电极板200的下表面连接，第一电极板200与第二电极板300电连接，第二电极板300与疏水层100相对设置。第二电极板300设置于第一电极板200、疏水层100的下方，且第二电极板300与疏水层100之间存在一定距离的间隔(即运动通道)。导电液滴层400可以设置为N个，且N个导电液滴层400以a行b列的阵列形式排列于第二电极板300的上表面。例如参照图2，导电液滴层400设置为6个，该6个导电液滴层400以2行、3列的阵列形式均匀排列于第二电极板300的上表面。振动件500设置于第二电极板300的下方，并与第二电极板300的下表面连接。振动件500用于控制第二电极板300在上下方向往复运动，以此带动导电液滴层400在上下方向往复运动，从而使导电液滴层400的上端与疏水层100的下表面进行接触或分离。

在导电液滴层400与疏水层100分离时，由于完成充电操作的疏水层100表面均匀分布有负电荷，此时第一电极板200与疏水层100表面的负电荷产生静电感应，使得第一电极板200呈正电性；第二电极板300与导电液滴层400中的正电荷产生静电感应，使得第二电极板300呈负电性。当振动件500控制第二电极板300向上运动时，导电液滴层400与疏水层100接触，使得导电液滴层400与疏水层100接触的界面形成双电层电容，从而使第一电极板200被静电屏蔽。第一电极板200被静电屏蔽后，第一电极板200的正电荷通过导电线流向第二电极板300，即第一电极板200与第二电极板300之间有电流流通。第二电极板300继续向上运动时，导电液滴层400与疏水层100的接触面积继续增大，使得第二电极板300中更多的负电荷流向第一电极板200中。随后，振动件500控制第二电极板300向下运动，使导电液滴层400与疏水层100分离，第一电极板200中的负电荷重新流向第二电极板300，从而产生反向电流。通过上述的振动件500控制第二电极板300在上下方向往复运动，能够使第一电极板200和第二电极板300之间产生交流电，从而实现了将机械能转换为电能的作用，且无需供电源提供持续的外加电场。

根据本发明实施例的能量转换装置，疏水层100与第一电极板200的一侧面连接，充电装置对疏水层100进行充电操作。第二电极板300与第一电极板200相对设置，第二电极板300与第一电极板200电连接。导电液滴层400以阵列形式排布于第二电极板300靠近疏水层100的一侧面。振动件500控制第二电极板300在第一方向上往复运动，以使导电液滴层400与疏水层100接触或分离，从而实现将机械能转换为电能。本实施例的能量转换装置通过设置完成充电操作的疏水层100，就能够实现能量的转换，无需供电源提供持续的外加电场，从而节省了电能。

如图3所示，在本发明的一些具体实施例中，能量转换装置还包括升降件600。升降件600的一端与第一电极板200连接，升降件600用于控制第一电极板200与第二电极板300之间的距离。

具体地，参照图3，升降件600的上端设有一连接部A，该连接部A与第一电极板200的上表面连接，且连接部A为绝缘体。升降件600通过升高或降低操作，以控制第一电极板200的水平高度，从而将第一电极板200固定于所需的水平高度上。升降件600能够避免在振动件500控制第二电极板300上下往复运动时，第一电极板200水平高度不稳定的情况。

如图1所示，在本发明的一些具体实施例中，能量转换装置还包括：负载700、电压测量模块。负载700用于分别与第一电极板200、第二电极板300电连接；电压测量模块用于分别与负载700的两端电连接，电压测量模块用于检测负载700两端的电压。

具体地，负载700的一端与第一电极板200电连接，负载700的另一端与第二电极板300电连接，电压测量模块分别与负载700的两端电连接。电压测量模块通过实时测量负载700两端的电压，以确定第一电极板200与第二电极板300之间生成的电能电压。其中，电压测量模块可以选择为万用表，可以理解的是，电压测量模块具体选择的测量器件可以根据实际需求进行适应性调整。

在本发明的一些具体实施例中，疏水层100的材料为含氟聚合物。

具体地，疏水层100的材料采用含氟聚合物。在充电装置对疏水层100进行充电时，由于含氟聚合物的表面具有疏松多孔的缺陷，因此含氟聚合物能够将捕获的电荷沉积于含氟聚合物的表面，以用于能量转换操作。

在本发明的一些具体实施例中，第一电极板200与第二电极板300的材料均为导电玻璃。

具体地，第一电极板200与第二电极板300的材料均可以采用氧化铟锡(ITO)导电玻璃，氧化铟锡导电玻璃具有优良的导电性能，其中导电玻璃为单侧导电。例如参照图1，第一电极板200的下表面为导电侧面，因此该导电侧面与疏水层100连接，能够实现第一电极板200与疏水层100之间电荷的转移。第二电极板300的上表面为导电侧面，同理，该导电侧面与导电液滴层400连接也能够实现第二电极板300与导电液滴层400之间电荷的转移。可以理解的是，第一电极板200和第二电极板300具体选取的导电玻璃的类型可以根据实际需求进行适应性调整。

如图4所示，本发明实施例还提供了一种充电装置，用于为如上述任一实施例所描述的疏水层100进行充电操作，该充电装置包括：容器800、提拉部、控制模块。容器800设有收容腔和与收容腔相连通的开口，收容腔用于收容水溶液810，水溶液810用于与外部电源900电连接，外部电源900用于提供充电信号；提拉部用于与第一电极板200连接，提拉部与容器800的开口端相对设置，第一电极板200用于与外部电源900电连接，水溶液810用于根据充电信号对疏水层100进行充电操作；控制模块用于与提拉部连接，控制模块用于控制提拉部在第二方向上运动，以使第一电极板200、疏水层100浸入水溶液810中。

具体地，外部电源900为信号发生器，用于提供充电信号。容器800的收容腔中收容水溶液810，容器800的开口与收容腔相连通，且容器800的开口端朝上设置。提拉部设置于容器800开口端的上方，提拉部用于固定第一电极板200。外部电源900分别与第一电极板200、水溶液810电连接。控制模块用于控制提拉部在上下方向上运动，从而控制第一电极板200和疏水层100以一定速度浸入水溶液810中。由于水溶液810和第一电极板200之间存在由外部电源900提供的电压，因此，水溶液810中的负电荷能够陷入疏水层100的表面。

设水溶液810的上表面与疏水层100接触的区域为三相接触区，在该区域内疏水层100表面捕获的负电荷分布集中。因此，控制模块在控制提拉部带动疏水层100以一定速度浸入水溶液810时，上述三相接触区也以一定速度从下至上经过疏水层100的表面，以此使电荷能够稳定分布于疏水层100的表面，同时提高了疏水层100表面上电荷分布的密度。

根据本发明实施例的充电装置，容器800的收容腔用于收容水溶液810，提拉部与第一电极板200连接，提拉部与容器800的开口端相对设置。外部电源900分别与第一电极板200、水溶液810电连接，控制模块控制提拉部在第二方向上运动，以使第一电极板200和疏水层100浸入水溶液810中，从而使水溶液810对疏水层100进行充电操作。本实施例的充电装置能够实现对疏水层100进行充电，同时，在完成充电后疏水层100的表面电荷分布均匀。同时，本实施例还提高了疏水层100表面上电荷的分布密度，以使能量转换装置能够生成更大的电能量密度。

在本发明的一些具体实施例中，充电装置还包括功率放大器。功率放大器用于分别与第一电极板200、水溶液810、外部电源900电连接，功率放大器用于对充电信号进行功率放大操作。

具体地，功率放大器与外部电源900电连接，对外部电源900生成的充电信号进行功率放大操作，以使充电信号具备足够的功率以实现对疏水层100的充电操作。

本发明实施例还提供了一种能量转换系统，包括：如上述任一实施例所描述的能量转换装置、如上述任一实施例所描述的充电装置。其中，充电装置用于为疏水层进行充电操作。

可见，上述能量转换装置、充电装置实施例中的内容均适用于本能量转换系统实施例中，本能量转换系统实施例所具体实现的功能与上述能量转换装置、充电装置实施例相同，并且达到的有益效果与上述能量转换装置、充电装置实施例所达到的有益效果也相同。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (8)

1.能量转换装置，其特征在于，包括：

疏水层，所述疏水层用于与充电装置进行连接；其中，所述充电装置用于对所述疏水层进行充电操作；

第一电极板，所述第一电极板的一侧面与所述疏水层连接；

第二电极板，所述第二电极板与所述疏水层相对设置，并形成运动通道，所述第二电极板的一端与第一电极板的一端电连接；

导电液滴层，所述导电液滴层以阵列形式排布于所述第二电极板靠近所述疏水层的一侧面；

振动件，所述振动件设置于所述第二电极板远离所述疏水层的一侧，所述振动件用于控制所述第二电极板在第一方向上往复运动，以使所述导电液滴层与所述疏水层接触或分离。

2.根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，还包括：

升降件，所述升降件的一端与所述第一电极板连接，所述升降件用于控制所述第一电极板与所述第二电极板之间的距离。

3.根据权利要求2所述的能量转换装置，其特征在于，还包括：

负载，所述负载用于分别与所述第一电极板、所述第二电极板电连接；

电压测量模块，所述电压测量模块用于分别与所述负载的两端电连接，所述电压测量模块用于检测所述负载两端的电压。

4.根据权利要求1至3任一项所述的能量转换装置，其特征在于，所述疏水层的材料为含氟聚合物。

5.根据权利要求4所述的能量转换装置，其特征在于，所述第一电极板与所述第二电极板的材料均为导电玻璃。

6.充电装置，其特征在于，用于为如权利要求1至5任一项中所述的疏水层进行充电操作，所述充电装置包括：

容器，所述容器设有收容腔和与所述收容腔相连通的开口，所述收容腔用于收容水溶液；其中，所述水溶液用于与外部电源电连接，所述外部电源用于提供充电信号；

提拉部，所述提拉部用于与所述第一电极板连接，所述提拉部与所述容器的开口端相对设置；其中，所述第一电极板用于与所述外部电源电连接，所述水溶液用于根据所述充电信号对所述疏水层进行充电操作；

控制模块，所述控制模块用于与所述提拉部连接，所述控制模块用于控制所述提拉部在第二方向上运动，以使所述第一电极板、所述疏水层浸入所述水溶液中。

7.根据权利要求6所述的充电装置，其特征在于，还包括：

功率放大器，所述功率放大器用于分别与所述第一电极板、所述水溶液、所述外部电源电连接，所述功率放大器用于对所述充电信号进行功率放大操作。

8.能量转换系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至7任一项所述的能量转换装置；

如权利要求6或7所述的充电装置，所述充电装置用于为所述疏水层进行充电操作。

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