一種海水發電裝置及方法
【專利摘要】本發明提供一種海水發電裝置及方法，所述海水發電裝置包括：電解正極、金屬電解負極和升壓輸出電路，所述電解正極和金屬電解負極分別設置于所述海水發電裝置的電解液內，所述電解正極和金屬電解負極分別與所述升壓輸出電路的電源輸入端電連接。本發明通過對相互配套的電解正極和金屬電解負極進行合理的選材、設計和位置設置，使得所述電解正極、金屬電解負極和電解液之間產生高效的電解反應，然后發送電信號至所述升壓輸出電路，所述升壓輸出電路通過合理的電路設計高效輸出預設額定功率的電壓和電流，進而能夠滿足實際的使用需求，轉換率能夠高達96%；并且所述海水發電裝置的尺寸能夠做得很小，完全能夠實現易于攜帶和方便使用等要求。
【專利說明】
一種海水發電裝置及方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種發電裝置，尤其涉及一種海水發電裝置，并涉及包括了該海水發電裝置的海水發電方法。
【背景技術】
[0002]隨著人口的增加，以及工業化與城市化的演進，人類對于能源的需求有贈無減，然而，地球的資源是非常有限的，那么，就需要考慮新能源的開發和推進；目前，很多企業和研發人員都在對海水發電進行研究，但是現有的海水發電裝置，大多設計得比較復雜，實際轉化效率低，不實用；并且，海水發電設備的體積設計得非常大，不適用于便攜式或是簡便式的日常用電需求，其輸出電壓和電流也不恒定，進而給實際使用帶來了各種各樣的問題和不便。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是需要提供一種結構簡單、轉化效率高、易于攜帶和使用的海水發電裝置，并需要提供包括了該海水發電裝置的海水發電方法。
[0004]對此，本發明提供一種海水發電裝置，包括:電解正極、金屬電解負極和升壓輸出電路，所述電解正極和金屬電解負極分別設置于所述海水發電裝置的電解液內，所述電解正極和金屬電解負極分別與所述升壓輸出電路的電源輸入端電連接。
[0005]本發明的進一步改進在于，所述電解正極為防水透氣薄膜，所述防水透氣薄膜上附著設置有銅、鈦、石墨烯和導電碳材料中的任意一種或幾種。
[0006]本發明的進一步改進在于，所述海水發電裝置設置有用于容納電解液的電解腔，所述防水透氣薄膜設置于所述電解腔的腔體內壁上。
[0007]本發明的進一步改進在于，所述金屬電解負極包括一塊或多塊金屬板，所述金屬板獨立設置于所述海水發電裝置的電解液內。
[0008]本發明的進一步改進在于，所述防水透氣薄膜的面積與所述金屬板的面積之間的比例為I: I?1:2。
[0009]本發明的進一步改進在于，所述防水透氣薄膜的面積與所述金屬板的面積之間的比例為1: 1.3。
[0010]本發明的進一步改進在于，所述升壓輸出電路包括輸入濾波電路、升壓芯片Ul和輸出電路，所述輸入濾波電路包括電容Cl，所述電容Cl的一端與所述電解正極和升壓芯片Ul的電源輸入管腳相連接，所述電容Cl的另一端接地;所述輸出電流包括電感L1、二極管Dl和電容C2，所述電感LI的一端與所述升壓芯片Ul的使能管腳相連接，所述電感LI的另一端分別與所述升壓芯片Ul的開關管腳和二極管Dl的陽極相連接，所述二極管Dl的陰極分別與所述電容C2的一端和升壓芯片Ul的電壓輸出管腳相連接，速搜電容C2的另一端接地。
[0011 ]本發明的進一步改進在于，所述升壓輸出電路還包括輸出參考電壓電路，所述輸出參考電壓電路包括電阻Rl、電阻R2和電容C3，所述電阻Rl的一端和電容C3的一端分別與所述升壓芯片Ul的電壓輸出管腳相連接，所述電阻Rl的另一端、電阻R2的一端和電容C3的另一端分別與所述升壓芯片Ul的可調整電壓反饋管腳相連接，所述電阻R2的另一端接地。
[0012]本發明的進一步改進在于，所述升壓輸出電路還包括指示電路，所述指示電路包括電阻R3和發光二極管LEDl，所述升壓芯片Ul的電壓輸出管腳通過電阻R3連接至所述發光二極管LEDl的陽極，所述發光二極管LEDl的陰極接地。
[0013]本發明還提供一種海水發電方法，包括了如上所述的海水發電裝置，并包括以下步驟:
步驟SI，在所述海水發電裝置的電解腔中加入包含氯化鈉的電解液，使得設置于所述海水發電裝置的電解液內的電解正極和金屬電解負極發生電解反應，發送電信號至所述升壓輸出電路；
步驟S2，所述升壓輸出電路接收電信號，并實現升壓和充電；
步驟S3，所述升壓輸出電路在完成充電后，輸出預設額定功率的電壓和電流。
[0014]與現有技術相比，本發明的有益效果在于:在電解液中設置電解正極和金屬電解負極，通過對相互配套的電解正極和金屬電解負極進行合理的選材、設計和位置設置，使得所述電解正極、金屬電解負極和電解液之間產生高效的電解反應，然后發送電信號至所述升壓輸出電路，所述升壓輸出電路通過合理的電路設計高效輸出預設額定功率的電壓和電流，進而能夠滿足實際的使用需求，轉換率能夠高達96%;作為電解正極的防水透氣薄膜設置于所述電解腔的腔體內壁上，而作為金屬電解負極的金屬板則獨立設置于所述電解液中，這樣能夠使得電解腔的尺寸做得很小，完全能夠實現易于攜帶和方便使用等要求。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明一種實施例的側面結構示意圖；
圖2是本發明一種實施例的升壓輸出電路的電路原理圖；
圖3是本發明一種實施例的工作流程示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖，對本發明的較優的實施例作進一步的詳細說明:
實施例1:
如圖1所示，本例提供一種海水發電裝置，包括:電解正極1、金屬電解負極2和升壓輸出電路，所述電解正極I和金屬電解負極2分別設置于所述海水發電裝置的電解液內，所述電解正極I和金屬電解負極2分別與所述升壓輸出電路的電源輸入端電連接。
[0017]本例所述電解正極I優選為防水透氣薄膜，所述防水透氣薄膜上附著設置有銅、鈦、石墨烯和導電碳材料中的任意一種或幾種;在所述防水透氣薄膜上附著設置銅、鈦、石墨烯和導電碳材料中的一種或幾種的目的在于，能夠增強電解的效果和速度;如圖1所示，所述海水發電裝置設置有用于容納電解液的電解腔3，所述防水透氣薄膜優選設置于所述電解腔3的腔體內壁上，所述金屬電解負極2豎直設置于所述電解腔3的蓋體上，所述升壓輸出電路優選內置于所述電解腔3的蓋體內。
[0018]也就是說，如圖1所示，所述電解正極I可以是直接貼合設置于所述電解腔3的腔體內壁上的防水透氣膜，所述金屬電解負極2豎直設置于所述電解腔3的蓋體上，而所述升壓輸出電路優選內置于所述電解腔3的蓋體內，這樣的設置，使得電解腔3的體積能夠做得很小，使用起來簡單方便，并且，還能夠增加所述防水透氣膜與所述電解液的接觸面積，促進電解反應的速度。所述電解液為包含氯化鈉的電解液，可以是海水或鹽水等電解液。
[0019]如圖1所示，本例所述金屬電解負極2包括一塊或多塊金屬板，所述金屬板獨立設置于所述海水發電裝置的電解液內，所述金屬板獨立設置于所述海水發電裝置的電解液內指的是每一塊金屬板均不與別的金屬板或防水透氣膜相連接;換句話說，也就是，每一塊金屬板與金屬板之間均能夠填充電解液，每一塊金屬板與防水透氣膜之間也能夠填充電解液，這樣，就能夠保證電解的正常穩定反應。所述金屬板優選與所述防水透氣膜平行設置，這樣平行設置的理由在于，盡量增加金屬板與防水透氣膜之間的正對面積，進而保證電解的速度和效率。本例所述金屬電解負極2可以是生鐵板、鎂板和鋁板等金屬板中的任意一種。
[0020]值得一提的是，本例所述防水透氣薄膜的面積與所述金屬板的面積之間的比例不同時，對于電解效率的影響很大，這是發明人在研發設計本方案出來之時之前所沒有預料到的;經實驗證明，當所述防水透氣薄膜的面積與所述金屬板的面積之間的比例為I:1-1:2時，電解反應的效率非常好，完全可以實現普通的照明、手機充電以及數碼產品充電等實際應用，尤其是所述防水透氣薄膜的面積與所述金屬板的面積之間的比例為1: 1.3時，電解反應的效率最佳。所述防水透氣薄膜的面積與所述金屬板的面積之間的比例，指的是所述防水透氣薄膜與電解液相接觸的面積與所述金屬板與電解液相接觸的面積之間的比例。
[0021]也就是說，本例所述電解正極I可以直接以貼合等方式設置在所述電解腔3的腔體內壁上，而金屬電解負極2的金屬板則可以豎直設置于所述電解腔3的蓋體上;所述升壓輸出電路可以內置于所述電解腔3的蓋體內，也可以通過其他方式設置于所述電解腔3的外部。這樣，每次需要使用的時候，將電解液加入至所述電解腔3內就能夠通過電解正極1、金屬電解負極2和電解液之間的電解反應實現海水發電，對于在海上等應用環境而言，只要有海水或鹽水等任意一項含有氯化鈉的電解液，就能夠實現海水充電，結構和使用方法簡單，成本低，便于攜帶。
[0022]如圖2所示，本例所述升壓輸出電路包括輸入濾波電路、升壓芯片Ul和輸出電路，所述輸入濾波電路包括電容Cl，所述電容Cl的一端與所述電解正極I和升壓芯片Ul的電源輸入管腳相連接，所述電容Cl的另一端接地;所述輸出電流包括電感L1、二極管DI和電容C2，所述電感LI的一端與所述升壓芯片Ul的使能管腳相連接，所述電感LI的另一端分別與所述升壓芯片Ul的開關管腳和二極管Dl的陽極相連接，所述二極管Dl的陰極分別與所述電容C2的一端和升壓芯片Ul的電壓輸出管腳相連接，速搜電容C2的另一端接地。
[0023]如圖2所示本例所述升壓輸出電路還優選包括輸出參考電壓電路和指示電路，所述輸出參考電壓電路包括電阻Rl、電阻R2和電容C3，所述電阻Rl的一端和電容C3的一端分別與所述升壓芯片Ul的電壓輸出管腳相連接，所述電阻Rl的另一端、電阻R2的一端和電容C3的另一端分別與所述升壓芯片Ul的可調整電壓反饋管腳相連接，所述電阻R2的另一端接地;所述指示電路包括電阻R3和發光二極管LEDl，所述升壓芯片Ul的電壓輸出管腳通過電阻R3連接至所述發光二極管LEDl的陽極，所述發光二極管LEDl的陰極接地。
[0024]本例所述輸出電路只需要一個電感L1、一個輸出電容C2和一個肖特基二極管Dl就可以提供穩定的低噪聲輸出電壓，所述升壓芯片Ul內部包括了輸出電壓反饋和修正網絡、啟動電路、震蕩電路、參考電壓電路、PFM控制電路、過流過壓保護電路以及功率管。在圖3中，升壓芯片Ul是主芯片，其中第一引腳SW是開關管腳，第二引腳GND是接地管腳，第三引腳FB是可調整電壓反饋管腳，第四引腳EN是使能管腳，第五引腳V-OUT是電壓輸出管腳，第六引腳V-BAT是輸入管腳。所述輸出參考電壓電路通過調整電阻Rl的電阻值，可以調整輸出電壓的大小；電路了還有發光二極管LEDl作為工作指示燈之外，還設計了電阻R3作為限流電阻，避免發光二極管LEDl的電流過大而燒毀。
[0025]在圖2所示的升壓輸出電路中，所述二極管Dl優選為肖特基二極管，電容C2和一個二極管Dl會很大程度影響轉換效率，因為電容和電感會影響輸出的紋波，本例通過選擇合適的電感、電容和肖特基二極管可以獲得高轉換效率、低紋波和低噪聲，具體如下所述。
[0026]電感LI的選擇，首先要保證電路在連續正常工作狀態下電感的最小電感值，如果電感LI的電感值偏小，電感會發生磁飽和，造成電路的效率大大降低，甚至不能正常輸出穩定電壓;另外電流流過電感時會產生紋波，電感值過小紋波就增大，就會造成肖特基二極管和主芯片的電流過大，電路整體損耗就增大。那么為了提高效率，就應該使用較大的電感，但是大的電感其等效電阻也增大，電流流過時也會造成損失，因此只能綜合考慮進而選擇適中的電感值，在本例中，所述電感LI優選的電感值是4.7uH。
[0027]電容C2的選擇，該電容C2作為輸出電容的作用主要是減少輸出的紋波，輸出電容的容量越大，效果越好，但是輸出電容過大，會使電路的反應時間過慢，通過反復的設計，得出本例最佳的電容值為I OuF。
[0028]二極管Dl的選擇，雖然普通的二極管也能使電路工作，但會降低效率，而采用正向導通電壓低和反應時間快的肖特基二極管會大大提高電路的效率，因此本例所述二極管Dl的優選型號是1N5819。
[0029]由于前端輸入的不確定性，實際使用充電輸出的用電設備可能是一節堿性電池，也可能是單個鋰離子電池，因此本例選擇一個用于實現輸入濾波的電容Cl，用以穩定輸入端的電路。
[0030]本例在電解液中設置電解正極I和金屬電解負極2，通過對相互配套的電解正極I和金屬電解負極2進行合理的選材、設計和位置設置，使得所述電解正極1、金屬電解負極2和電解液之間產生高效的電解反應，然后發送電信號至所述升壓輸出電路，所述升壓輸出電路通過合理的電路設計高效輸出預設額定功率的電壓和電流，進而能夠滿足實際的使用需求，經測試，發現本例的轉換率能夠高達96%;作為電解正極I的防水透氣薄膜設置于所述電解腔3的腔體內壁上，而作為金屬電解負極2的金屬板則獨立設置于所述電解液中，這樣能夠使得電解腔3的尺寸做得很小，完全能夠實現易于攜帶和方便使用等要求。
[0031]本例所述升壓輸出電路能夠輸出預設額定功率的電壓和電流，通過對所述輸出參考電壓電路所包括電阻Rl、電阻R2和電容C3進行調節，進而能夠輸出5V、2.5A或是其他預設功率的電壓和電流。值得一提的是，本例所述海水發電裝置可以單個裝置獨立工作，也可以將多個所述海水發電裝置拼裝在一起聯合工作，這樣，就能夠針對各種不同的應用需求進而輸出對應的電壓和電流。
[0032]實施例2:
如圖3所示，本例還提供一種海水發電方法，包括了如實施例1所述的海水發電裝置，并包括以下步驟: 步驟SI，在所述海水發電裝置的電解腔3中加入包含氯化鈉的電解液，使得設置于所述海水發電裝置的電解液內的電解正極I和金屬電解負極2發生電解反應，發送電信號至所述升壓輸出電路；
步驟S2，所述升壓輸出電路接收電信號，并實現升壓和充電；
步驟S3，所述升壓輸出電路在完成充電后，輸出預設額定功率的電壓和電流。
[0033]本例所述步驟S3中，輸出預設額定功率的電壓和電流可以通過對所述輸出參考電壓電路所包括電阻R1、電阻R2和電容C3進行調節，進而輸出5V、2.5A或是其他預設功率的電壓和電流。
[0034]以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種海水發電裝置，其特征在于，包括:電解正極、金屬電解負極和升壓輸出電路，所述電解正極和金屬電解負極分別設置于所述海水發電裝置的電解液內，所述電解正極和金屬電解負極分別與所述升壓輸出電路的電源輸入端電連接。2.根據權利要求1所述的海水發電裝置，其特征在于，所述電解正極為防水透氣薄膜，所述防水透氣薄膜上附著設置有銅、鈦、石墨烯和導電碳材料中的任意一種或幾種。3.根據權利要求2所述的海水發電裝置，其特征在于，所述海水發電裝置設置有用于容納電解液的電解腔，所述防水透氣薄膜設置于所述電解腔的腔體內壁上。4.根據權利要求2或3所述的海水發電裝置，其特征在于，所述金屬電解負極包括一塊或多塊金屬板，所述金屬板獨立設置于所述海水發電裝置的電解液內。5.根據權利要求4所述的海水發電裝置，其特征在于，所述防水透氣薄膜的面積與所述金屬板的面積之間的比例為I: I?1:2。6.根據權利要求5所述的海水發電裝置，其特征在于，所述防水透氣薄膜的面積與所述金屬板的面積之間的比例為1: 1.3。7.根據權利要求1至3任意一項所述的海水發電裝置，其特征在于，所述升壓輸出電路包括輸入濾波電路、升壓芯片Ul和輸出電路，所述輸入濾波電路包括電容Cl，所述電容Cl的一端與所述電解正極和升壓芯片Ul的電源輸入管腳相連接，所述電容Cl的另一端接地;所述輸出電流包括電感L1、二極管Dl和電容C2，所述電感LI的一端與所述升壓芯片Ul的使能管腳相連接，所述電感LI的另一端分別與所述升壓芯片Ul的開關管腳和二極管Dl的陽極相連接，所述二極管Dl的陰極分別與所述電容C2的一端和升壓芯片Ul的電壓輸出管腳相連接，速搜電容C2的另一端接地。8.根據權利要求7所述的海水發電裝置，其特征在于，所述升壓輸出電路還包括輸出參考電壓電路，所述輸出參考電壓電路包括電阻Rl、電阻R2和電容C3，所述電阻Rl的一端和電容C3的一端分別與所述升壓芯片Ul的電壓輸出管腳相連接，所述電阻Rl的另一端、電阻R2的一端和電容C3的另一端分別與所述升壓芯片Ul的可調整電壓反饋管腳相連接，所述電阻R2的另一端接地。9.根據權利要求7所述的海水發電裝置，其特征在于，所述升壓輸出電路還包括指示電路，所述指示電路包括電阻R3和發光二極管LEDl，所述升壓芯片Ul的電壓輸出管腳通過電阻R3連接至所述發光二極管LEDl的陽極，所述發光二極管LEDl的陰極接地。10.—種海水發電方法，其特征在于，包括了如權利要求1至9任意一項所述的海水發電裝置，并包括以下步驟: 步驟SI，在所述海水發電裝置的電解腔中加入包含氯化鈉的電解液，使得設置于所述海水發電裝置的電解液內的電解正極和金屬電解負極發生電解反應，發送電信號至所述升壓輸出電路； 步驟S2，所述升壓輸出電路接收電信號，并實現升壓和充電； 步驟S3，所述升壓輸出電路在完成充電后，輸出預設額定功率的電壓和電流。
【文檔編號】H01M6/34GK105845955SQ201610333211
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月18日
【發明人】張南
【申請人】深圳市獨尊科技開發有限公司