[发明专利]一种基于摩擦电效应的雨水能量收集系统及收集方法

说明书

本发明一种基于摩擦电效应的水滴能量收集系统及收集方法，系统包括液滴喷雾装置、旋转式液滴发电机和外部负载电路；液滴喷雾装置包括储水罐和雾化喷嘴，雾化喷嘴喷出形成雾状液滴；旋转式液滴发电机包括发电机外壳、叶片、支撑肋、同心圆环电极、正极引出电极和负极引出电极；多个所述叶片沿径向分布在发电机外壳外部；雾状液滴喷向所述叶片表面；多个所述叶片之间电路串联，串联后的正负极分别连接正极引出电极和负极引出电极；同心圆环电极和支撑肋安装在发电机外壳内部，正极引出电极和负极引出电极与同心圆环电极形成电刷；所述外部负载电路与电刷电连接。本发明可以通过液滴的反复撞击或使用压电效应产生电场，实现高效的发电。

技术领域

本发明属于纳米摩擦发电领域，具体涉及一种基于摩擦电效应的雨水能量收集系统及收集方法。

背景技术

在能源形势日益严重的今天，如何清洁高效地获取能量成为一个我们无法忽视的问题，自然界丰富的降水资源和潮汐可以成为一种清洁的能量来源。但是传统的水力发电主要使用电磁发电机，电磁发电机要求充足的供水量并且笨重而效率低下，因此并不适合收集小规模雨水的能量。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于摩擦电效应的雨水能量收集系统及收集方法，以解决现有技术中小规模能量无法充分利用的技术问题。本发明可从撞击的水滴中收集能量，不仅能产生大量电荷还能实现电荷的快速转移。瞬时功率相较现有的摩擦发电机可提高几个数量级。该能量收集系统可广泛应用于雨水能量的收集。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：

一种基于摩擦电效应的雨水能量收集系统，包括液滴喷雾装置、旋转式液滴发电机和外部负载电路；

所述液滴喷雾装置包括储水罐和雾化喷嘴，储水罐的水经由雾化喷嘴喷出形成雾状液滴；

所述旋转式液滴发电机包括发电机外壳、叶片、支撑肋、同心圆环电极、正极引出电极和负极引出电极；

多个所述叶片沿径向分布在发电机外壳外部；所述雾状液滴喷向所述叶片表面；多个所述叶片之间电路串联，串联后的正负极分别连接正极引出电极和负极引出电极；

所述同心圆环电极和支撑肋安装在发电机外壳内部，正极引出电极和负极引出电极的端部设置在支撑肋，且正极引出电极和负极引出电极分别与同心圆环电极的内外圈电刷接触，支撑肋与同心圆环电极相对转动；正极引出电极和负极引出电极与同心圆环电极形成电刷；

所述外部负载电路与所述电刷连接。

作为本发明的进一步改进，所述液滴喷雾装置还包括高压氮气瓶、减压阀、离子源溶液室和离子浓度计，高压氮气瓶经由减压阀通过密闭管道与储水罐相连，离子源溶液室与储水罐连接，离子浓度计设置在储水罐上，且离子浓度计探针浸没于储水罐内。

作为本发明的进一步改进，所述雾化喷嘴上设置有用于控制喷雾液滴大小、速度和密度的控制阀。

作为本发明的进一步改进，所述叶片包括高聚物薄膜、导电介质、压电薄膜、铝电极、正极连接导线和负极连接导线，所述铝电极、高聚物薄膜、导电介质和压电薄膜依次贴合连接，压电薄膜引出的正极与导电介质通过正极连接导线相连接，压电薄膜引出的负极与铝电极通过负极连接导线相连接；多个所述叶片之间通过正极连接导线与负极连接导线实现串联。

作为本发明的进一步改进，所述同心圆环电极包括绝缘衬底和两个同心设置的环形石墨电极，两个环形石墨电极固定在绝缘衬底内外圈上。

作为本发明的进一步改进，所述支撑肋一端与外壳相连，一端汇集至圆周中心的过轴孔；过轴孔内设置有转轴，转轴另一端与所述绝缘衬底中心连接，同心圆环电极固定不动。

作为本发明的进一步改进，正极引出电极与负极引出电极固定在一组对称的支撑肋上，并且正极引出电极与负极引出电极距离同心圆环电极中心距离不等，旋转轨迹构成同心圆。