一種混合式發(fā)電機和發(fā)電方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)電機，特別是涉及將流動液體中的多種形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的混合式發(fā)電機和發(fā)電方法。
【背景技術(shù)】
[0002]摩擦發(fā)電機是最近發(fā)明的一種新型的將機械能轉(zhuǎn)化為電能的方式，利用得失電子能力不同的兩種材料之間的互相摩擦，發(fā)生表面電荷轉(zhuǎn)移，能夠?qū)V泛存在的機械能，如海浪、風(fēng)能、各種運動物體的動能、以及人體活動如步行、跑動、跳動等形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，為小型電子器件如便攜設(shè)備等提供電源。但是，自然界的許多運動，例如:水流、海浪等，不僅包括機械動能，還包括其他形式的能量。例如，水流不僅具有機械動能，同時，水在流動的過程中與周圍的介質(zhì)(空氣等)發(fā)生摩擦，產(chǎn)生摩擦電荷，使其具有靜電能?，F(xiàn)有的摩擦發(fā)電機無法同時將水流中不同形式的能量轉(zhuǎn)化為電能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明涉及一種混合式發(fā)電機和發(fā)電方法，結(jié)合靜電誘導(dǎo)發(fā)電組件和摩擦發(fā)電組件，可以將流動液體中的靜電能和機械動能同時轉(zhuǎn)化為電能。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本方法提供一種混合式發(fā)電機，包括:
[0005]公共旋轉(zhuǎn)軸；
[0006]靜電誘導(dǎo)發(fā)電組件，包括:由多個固定連接的葉片構(gòu)成葉片輪，每個所述葉片的表面與所述公共旋轉(zhuǎn)軸平行，所述葉片包括基底層和電極層；所有所述葉片的電極層均連接至等電位；所述葉片輪的葉片在受到流動液體的沖擊力時葉片輪圍繞所述公共旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，使所述葉片依次與所述液體接觸，在所述葉片的電極層與所述等電位之間產(chǎn)生電信號;
[0007]摩擦發(fā)電組件，包括:第一轉(zhuǎn)盤，由基底層、第一電極層、第一摩擦層依次層疊組成；第二轉(zhuǎn)盤，由第二基底層、第二電極層、第二摩擦層依次層疊組成；所述第一轉(zhuǎn)盤與第二轉(zhuǎn)盤相對放置使所述第一摩擦層與第二摩擦層互相接觸，并且在所述葉片輪的帶動下，所述第一轉(zhuǎn)盤相對于第二轉(zhuǎn)盤能夠以所述公共旋轉(zhuǎn)軸為軸轉(zhuǎn)動，使所述第一摩擦層與所述第二摩擦層互相滑動摩擦并且使接觸面積變化時，所述第一電極層與所述第二電極層之間有電信號輸出。
[0008]優(yōu)選的，所述葉片輪的葉片還包括疏水層，所述疏水層附著在所述葉片的電極層上。
[0009]優(yōu)選的，所述葉片輪的多個葉片圍繞所述公共旋轉(zhuǎn)軸均勻分布。
[0010]優(yōu)選的，所述公共旋轉(zhuǎn)軸與所述摩擦發(fā)電組件的第二轉(zhuǎn)盤固定，所述摩擦發(fā)電組件的第一轉(zhuǎn)盤與所述葉片輪固定并且圍繞所述公共旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；
[0011]或者，
[0012]所述公共旋轉(zhuǎn)軸與所述摩擦發(fā)電組件的第一轉(zhuǎn)盤固定，所述摩擦發(fā)電組件的第一轉(zhuǎn)盤與所述葉片輪固定并且圍繞所述公共旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。
[0013]優(yōu)選的，所述第一摩擦層與所述第二摩擦層表面形狀相同或互補。
[0014]優(yōu)選的，所述摩擦發(fā)電組件的第一轉(zhuǎn)盤和第二轉(zhuǎn)盤均由多個形狀相同的扇葉組成，且兩個轉(zhuǎn)盤的扇葉數(shù)量相等。
[0015]優(yōu)選的，所述第一轉(zhuǎn)盤的多個扇葉和第二轉(zhuǎn)盤的多個扇葉分別以所述公共旋轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)盤的交點為中心呈中心對稱分布。
[0016]優(yōu)選的，所述葉片輪的葉片數(shù)與所述第一轉(zhuǎn)盤的扇葉數(shù)相等或者不相等。
[0017]優(yōu)選的，葉片輪的葉片表面的疏水層由具有超疏水性質(zhì)的薄膜組成。
[0018]優(yōu)選的，所述疏水層的接觸角大于120°。
[0019]優(yōu)選的，所述疏水層為在表面微米尺度的結(jié)構(gòu)上生長納米尺度的結(jié)構(gòu)形成。
[0020]優(yōu)選的，所述流動的液體與所述葉片輪的葉片接觸時帶有靜電荷，所述葉片帶有的靜電荷為所述液體流動過程中與周圍的介質(zhì)摩擦所產(chǎn)生。
[0021]優(yōu)選的，所述流動的液體為自然流動的水、下水管道中流動的廢水、輸油管道中流動的石油、大海中的洋流運動的海水或者潮汐運動的海浪。
[0022]優(yōu)選的，第一摩擦層和第二摩擦層由不同的的材料組成，且二者之間存在摩擦電極序差異。
[0023]優(yōu)選的，所述第一摩擦層、第二摩擦層和/或葉片的疏水層為絕緣材料，所述絕緣材料選自下列一種或多種材料:苯胺甲醛樹脂、聚甲醛、乙基纖維素、聚酰胺尼龍11、聚酰胺尼龍66、羊毛及其織物、蠶絲及其織物、紙、聚乙二醇丁二酸酯、纖維素、纖維素醋酸酯、聚乙二醇己二酸酯、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯、再生纖維素海綿、棉及其織物、聚氨酯彈性體、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、木頭、硬橡膠、醋酸酯、人造纖維、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚酯、聚異丁烯、聚氨酯彈性海綿、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮丁醛、丁二烯-丙烯腈共聚物、氯丁橡膠、天然橡膠、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-Co-丙烯腈)、聚雙酚A碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚(2，6- 二甲基聚亞苯基氧化物)、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯和派瑞林。
[0024]優(yōu)選的，所述第一電極層、第二電極層和/或葉片輪的電極層材料采用金屬、合金、導(dǎo)電氧化物或有機物導(dǎo)體。
[0025]優(yōu)選的，所述第一摩擦層與第二摩擦層在轉(zhuǎn)動過程中能夠互相接觸的表面全部或部分具有納米結(jié)構(gòu)或微米結(jié)構(gòu)；所述納米結(jié)構(gòu)和微米結(jié)構(gòu)選自納米線、納米棒、納米管、納米錐、納米顆粒、納米溝槽、微米線、微米棒、微米管、微米錐、微米顆粒和微米溝槽。
[0026]優(yōu)選的，所述第一摩擦層和/或第二摩擦層表面經(jīng)過化學(xué)改性，其中，在摩擦電極序相對為正的材料表面引入更易失電子的官能團，或者在摩擦電極序相對為負的材料表面弓I入更易得電子的官能團；或者，在極性為正的材料表面引入正電荷，在極性為負的材料表面引入負電荷。
[0027]優(yōu)選的，所述等電位為地電位或者等電位源電路。
[0028]優(yōu)選的，所述靜電誘導(dǎo)發(fā)電組件和所述摩擦發(fā)電組件的電信號分別經(jīng)過整流后進行并聯(lián)連接。
[0029]優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)盤和葉片輪的直徑范圍為1-1OOOmm ;
[0030]和/ 或，
[0031]所述第一基底層、第二基底層和葉片的基底層的厚度范圍為0.1-10_。
[0032]優(yōu)選的，所述疏水層的厚度范圍為10nm-5mm。
[0033]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種發(fā)電方法，采用上述任一項所述的混合式發(fā)電機，包括步驟:
[0034]流動的液體沖擊所述靜電誘導(dǎo)發(fā)組件的葉片，使所述葉片輪圍繞所述公共旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；所述葉片輪帶動所述摩擦發(fā)電組件的第一轉(zhuǎn)盤相對于第二轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動；
[0035]液體沖擊葉片和離開葉片，在靜電誘導(dǎo)發(fā)電機組件的葉片的電極層與等電位之間產(chǎn)生交變的電信號；第一摩擦層與第二摩擦層互相滑動摩擦在所述第一電極層和第二電極層之間產(chǎn)生交變電信號。
[0036]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列有益效果:
[0037]本發(fā)明的發(fā)電機由兩套獨立的發(fā)電組件組成，葉片輪組成靜電誘導(dǎo)發(fā)電組件收集流動液體中的靜電能；兩個轉(zhuǎn)盤組成轉(zhuǎn)盤式摩擦發(fā)電組件，收集流動液體中的機械動能。葉片輪在流動液體的沖擊下帶動一個轉(zhuǎn)盤與其一起轉(zhuǎn)動。由靜電誘導(dǎo)發(fā)電組件和摩擦發(fā)電組件組成的混合發(fā)電機能同時收集流動液體中的靜電能和機械動能。
[0038]靜電誘導(dǎo)發(fā)電組件的葉片輪由多個葉片組成，摩擦發(fā)電組件的兩個轉(zhuǎn)盤具有多扇葉結(jié)構(gòu)。通過改變?nèi)~片的數(shù)量和扇葉的數(shù)量，可以調(diào)控發(fā)電機的輸出頻率。
[0039]本發(fā)明提供的混合式發(fā)電機可以用來收集日常生活中的水流中的能量，例如:家用水龍頭中流出的自來水，具有廣闊的使用環(huán)境?？梢杂蔑L(fēng)能、人體運動等其他的方式來驅(qū)動葉片輪和轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)盤式摩擦發(fā)電機產(chǎn)生電學(xué)輸出，具有廣泛的實際用途。
[0040]可以在摩擦發(fā)電組件的轉(zhuǎn)盤摩擦層表面進行微、納米結(jié)構(gòu)修飾或者進行表面化學(xué)改性，提高發(fā)電機的電學(xué)輸出特性。
[0041]與全橋整流器結(jié)合可以將靜電誘導(dǎo)發(fā)電組件或摩擦發(fā)電組件輸出的交流電信號轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗蛎}沖信號，不僅可以作為脈沖電源直接應(yīng)用于電化學(xué)等領(lǐng)域，還可以為電容器或者鋰離子電池充電，也可以為各種小型便攜式電子器件提供所需的高頻電源。
[0042]將靜電誘導(dǎo)發(fā)電組件和摩擦發(fā)電組件輸出的電信號分別進行整流后進行并聯(lián)，可以提高發(fā)電機的輸出電流。
[0043]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【附圖說明】
[0044]通過附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。
[0045]圖1為本發(fā)明混合式發(fā)電機一個實施例的前視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖2為本發(fā)明混合式發(fā)電機一個實施例的頂視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047]圖3為一個摩擦層采用導(dǎo)電材料的發(fā)電機前視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048]圖4為一個摩擦層采用導(dǎo)電材料的發(fā)電機頂視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖5中(a) - (d)為由葉片輪組成的靜電誘導(dǎo)發(fā)電組件的工作原理示意圖；
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