本發(fā)明屬于海洋波浪能收集技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用海洋能發(fā)電的柔性壓電裝置。

背景技術(shù)：

海洋能是人類開(kāi)始研究較早的能源之一，人們對(duì)海洋能的開(kāi)發(fā)從十八世紀(jì)末就已經(jīng)開(kāi)始，但與其它能源相比，海洋能環(huán)境惡劣，發(fā)展相對(duì)滯后。由于海洋面積占地球總面積的71％，而且海洋能是清潔的可再生能源，是取之不盡、用之不竭的清潔能源，所以各個(gè)國(guó)家都不斷加大對(duì)海洋能的探索投入。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，許多國(guó)家特別是海洋能資源豐富的國(guó)家對(duì)海洋能開(kāi)發(fā)的大力支持，海洋能的開(kāi)發(fā)已有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，我國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始也對(duì)海洋能發(fā)電進(jìn)行研究且取得了一定的成績(jī)。

海洋能雖然儲(chǔ)量極其豐富，但由于目前收集技術(shù)成本昂貴和利用效率低下的制約，波浪能的利用一直得不到廣泛的推廣利用。如果能夠得到合理利用，將極大改善我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)，緩解我國(guó)能源短缺問(wèn)題，保證能源的可持續(xù)利用，同時(shí)波浪能是清潔無(wú)污染的可再生能源，波浪能的合理利用不僅可以降低經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展受資源短缺的制約程度，也將會(huì)極大地改善我們居住的生活環(huán)境，提高人們的生活水平。

隨著壓電技術(shù)的發(fā)展，壓電材料越來(lái)越多元化，利用壓電材料的正壓電效應(yīng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的轉(zhuǎn)換效率越來(lái)越高，進(jìn)而受到人們的青睞。海洋能作為一種用之不竭且清潔的能源，將壓電技術(shù)用于海洋能發(fā)電方向，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單方便的利用海洋能發(fā)電的柔性壓電裝置，可提高海洋能的利用率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種利用海洋能發(fā)電的柔性壓電裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，能夠高效回收海洋波浪能，滿足多數(shù)小型電子設(shè)備的用電需求，對(duì)節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)有著積極的作用。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種利用海洋能發(fā)電的柔性壓電裝置，包括氣囊和壓電發(fā)電裝置；壓電發(fā)電裝置包括圓柱形殼體、柔性壓電片和負(fù)重塊，殼體的上表面與氣囊之間形成密封空間，殼體的下表面通過(guò)繩索與水底處的系泊裝置相連，柔性壓電片的一端與殼體上表面的內(nèi)側(cè)連接，另一端連接有負(fù)重塊，一組柔性壓電片包括至少一個(gè)柔性壓電片，相同組內(nèi)的柔性壓電片沿殼體上表面的徑向均勻布置，不同組內(nèi)的柔性壓電片沿殼體上表面的圓心周向均勻設(shè)置。

進(jìn)一步地，所述氣囊為半球形或者半橢球形，氣囊的邊緣與殼體上表面的邊緣密封連接。

優(yōu)選地，所述氣囊采用輕質(zhì)有機(jī)材料制成。

進(jìn)一步地，所述柔性壓電片為壓電薄膜，柔性壓電片與殼體上表面的內(nèi)側(cè)連接固定。

進(jìn)一步地，所述負(fù)重塊的材質(zhì)為純金屬或合金，負(fù)重塊與柔性壓電片緊固連接。

優(yōu)選地，所述殼體的材質(zhì)為輕質(zhì)有機(jī)材料。

優(yōu)選地，所述繩索為錨繩或纜繩，所述系泊裝置為單點(diǎn)系泊系統(tǒng)。

本發(fā)明的利用海洋能發(fā)電的柔性壓電裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明的裝置轉(zhuǎn)化效率高，能夠?qū)⒉ɡ说挠縿?dòng)直接轉(zhuǎn)化為柔性壓電片的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，這種設(shè)計(jì)可以減少中間的傳動(dòng)環(huán)節(jié)，進(jìn)而提高波浪能到電能的轉(zhuǎn)化率；

(2)本發(fā)明的裝置利用率高，海洋各個(gè)方向的波浪涌動(dòng)能夠帶動(dòng)氣囊上下浮動(dòng)，進(jìn)而引起不同方向的柔性壓電片擺動(dòng)產(chǎn)生電能，而且本發(fā)明的裝置可以充分采集海洋各個(gè)方向的來(lái)波，無(wú)論是較強(qiáng)的波浪，還是較弱的海水波動(dòng)，抑或是洋流的沖擊，本發(fā)明的裝置均能夠采集到并將其轉(zhuǎn)化為電能；

(3)本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，易于安裝，能夠廣泛使用。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為壓電發(fā)電裝置的示意圖；

圖3為壓電發(fā)電裝置的俯視圖；

上述圖中：1-氣囊；2-壓電發(fā)電裝置；21-殼體；22-柔性壓電片；23-負(fù)重塊；3-繩索；4-系泊裝置。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

一種利用海洋能發(fā)電的柔性壓電裝置，包括氣囊1和壓電發(fā)電裝置2，氣囊1為半球形，采用薄壁有機(jī)塑料制成，壓電發(fā)電裝置2包括圓柱形殼體21、柔性壓電片22和負(fù)重塊23，氣囊1的邊緣與殼體21上表面的邊緣密封連接，氣囊2與殼體21上表面之間形成密閉空間，其內(nèi)充有氣體，為整個(gè)裝置提供在海面漂浮的浮力。殼體21是采用有機(jī)玻璃制成的圓柱形殼體，殼體21的下表面的中心處通過(guò)繩索3連接有系泊裝置4，繩索3的長(zhǎng)度可根據(jù)裝置工作的具體海域的深度進(jìn)行設(shè)置。其中柔性壓電片22為pvdf壓電薄膜，柔性壓電片22的一端與殼體21上表面的內(nèi)側(cè)連接固定，另一端與不銹鋼負(fù)重塊23緊固連接。在本實(shí)施例中，設(shè)置一組柔性壓電片22包括3個(gè)柔性壓電片22，共設(shè)置12組，相同組內(nèi)的柔性壓電片22沿殼體21上表面的徑向均勻布置，不同組內(nèi)的柔性壓電片22沿殼體21上表面的圓心周向均勻設(shè)置。當(dāng)然每組內(nèi)柔性壓電片22的數(shù)量可根據(jù)具體需要設(shè)置，組數(shù)也可以根據(jù)具體的需要進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置的原則是相鄰兩柔性壓電片22在擺動(dòng)時(shí)互相之間不干涉。

本發(fā)明根據(jù)柔性壓電片22擺動(dòng)產(chǎn)生電能的原理，把柔性壓電片22與氣囊1聯(lián)系起來(lái)，使得氣囊1隨波浪擺動(dòng)帶動(dòng)柔性壓電片22的擺動(dòng)發(fā)電，為增大柔性壓電片22的擺動(dòng)幅度，在柔性壓電片22下固接負(fù)重塊23，通過(guò)增加繩索3和系泊裝置4，增加了發(fā)電部件的穩(wěn)定性，整體結(jié)構(gòu)構(gòu)成了一種利用海洋能發(fā)電的柔性壓電裝置。

本發(fā)明整個(gè)裝置由繩索3和系泊裝置4固定在一定水域，在波浪涌動(dòng)時(shí)，氣囊1隨波浪運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)氣囊1下面的圓柱形外殼21及柔性壓電片22沿波浪涌動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)，由于柔性壓電片22下面固接有負(fù)重塊23的，由于慣性作用，使得柔性壓電片22發(fā)生擺動(dòng)，不同組內(nèi)的柔性壓電片22按照?qǐng)A周陣列排列，可以接受到四面八方的波浪涌動(dòng)，進(jìn)而引起不同方向的柔性壓電片22擺動(dòng)，柔性壓電片22由于壓電效應(yīng)在上下表面電極上產(chǎn)生電荷，經(jīng)過(guò)調(diào)理電路后可實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的儲(chǔ)存或者直接為小功率電子設(shè)備供電。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于海洋波浪能收集技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用海洋能發(fā)電的柔性壓電裝置，包括氣囊和壓電發(fā)電裝置；壓電發(fā)電裝置包括圓柱形殼體、柔性壓電片和負(fù)重塊，殼體的上表面與氣囊之間形成密封空間，殼體的下表面通過(guò)繩索與水底處的系泊裝置相連，柔性壓電片的一端與殼體上表面的內(nèi)側(cè)連接，另一端連接有負(fù)重塊，一組柔性壓電片包括至少一個(gè)柔性壓電片，相同組內(nèi)的柔性壓電片沿殼體上表面的徑向均勻布置，不同組內(nèi)的柔性壓電片沿殼體上表面的圓心周向均勻設(shè)置。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，能夠高效回收海洋波浪能，滿足多數(shù)小型電子設(shè)備的用電需求，對(duì)節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)有著積極的作用。

技術(shù)研發(fā)人員：王海峰;崔宜梁;李蒙;孫凱利;郭修宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：青島大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.25
技術(shù)公布日：2017.09.15