一種利用海洋能發電的柔性壓電裝置的制作方法

本發明屬于海洋波浪能收集技術領域，具體涉及一種利用海洋能發電的柔性壓電裝置。

背景技術：

海洋能是人類開始研究較早的能源之一，人們對海洋能的開發從十八世紀末就已經開始，但與其它能源相比，海洋能環境惡劣，發展相對滯后。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，所以各個國家都不斷加大對海洋能的探索投入。隨著科學技術的不斷發展，許多國家特別是海洋能資源豐富的國家對海洋能開發的大力支持，海洋能的開發已有了突飛猛進的發展，我國從20世紀70年代開始也對海洋能發電進行研究且取得了一定的成績。

海洋能雖然儲量極其豐富，但由于目前收集技術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，將極大改善我國的能源結構，緩解我國能源短缺問題，保證能源的可持續利用，同時波浪能是清潔無污染的可再生能源，波浪能的合理利用不僅可以降低經濟快速發展受資源短缺的制約程度，也將會極大地改善我們居住的生活環境，提高人們的生活水平。

隨著壓電技術的發展，壓電材料越來越多元化，利用壓電材料的正壓電效應將機械能轉換為電能的轉換效率越來越高，進而受到人們的青睞。海洋能作為一種用之不竭且清潔的能源，將壓電技術用于海洋能發電方向，設計簡單方便的利用海洋能發電的柔性壓電裝置，可提高海洋能的利用率。

技術實現要素：

本發明提出一種利用海洋能發電的柔性壓電裝置，該裝置結構簡單，實用性強，能夠高效回收海洋波浪能，滿足多數小型電子設備的用電需求，對節約資源和環境保護有著積極的作用。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種利用海洋能發電的柔性壓電裝置，包括氣囊和壓電發電裝置；壓電發電裝置包括圓柱形殼體、柔性壓電片和負重塊，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側連接，另一端連接有負重塊，一組柔性壓電片包括至少一個柔性壓電片，相同組內的柔性壓電片沿殼體上表面的徑向均勻布置，不同組內的柔性壓電片沿殼體上表面的圓心周向均勻設置。

進一步地，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。

優選地，所述氣囊采用輕質有機材料制成。

進一步地，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側連接固定。

進一步地，所述負重塊的材質為純金屬或合金，負重塊與柔性壓電片緊固連接。

優選地，所述殼體的材質為輕質有機材料。

優選地，所述繩索為錨繩或纜繩，所述系泊裝置為單點系泊系統。

本發明的利用海洋能發電的柔性壓電裝置與現有技術相比，具有以下有益效果：

(1)本發明的裝置轉化效率高，能夠將波浪的涌動直接轉化為柔性壓電片的機械運動，這種設計可以減少中間的傳動環節，進而提高波浪能到電能的轉化率；

(2)本發明的裝置利用率高，海洋各個方向的波浪涌動能夠帶動氣囊上下浮動，進而引起不同方向的柔性壓電片擺動產生電能，而且本發明的裝置可以充分采集海洋各個方向的來波，無論是較強的波浪，還是較弱的海水波動，抑或是洋流的沖擊，本發明的裝置均能夠采集到并將其轉化為電能；

(3)本發明的裝置結構簡單，成本低廉，易于安裝，能夠廣泛使用。

附圖說明

圖1為本發明整體結構示意圖；

圖2為壓電發電裝置的示意圖；

圖3為壓電發電裝置的俯視圖；

上述圖中：1-氣囊；2-壓電發電裝置；21-殼體；22-柔性壓電片；23-負重塊；3-繩索；4-系泊裝置。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖和實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

一種利用海洋能發電的柔性壓電裝置，包括氣囊1和壓電發電裝置2，氣囊1為半球形，采用薄壁有機塑料制成，壓電發電裝置2包括圓柱形殼體21、柔性壓電片22和負重塊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，其內充有氣體，為整個裝置提供在海面漂浮的浮力。殼體21是采用有機玻璃制成的圓柱形殼體，殼體21的下表面的中心處通過繩索3連接有系泊裝置4，繩索3的長度可根據裝置工作的具體海域的深度進行設置。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上表面的內側連接固定，另一端與不銹鋼負重塊23緊固連接。在本實施例中，設置一組柔性壓電片22包括3個柔性壓電片22，共設置12組，相同組內的柔性壓電片22沿殼體21上表面的徑向均勻布置，不同組內的柔性壓電片22沿殼體21上表面的圓心周向均勻設置。當然每組內柔性壓電片22的數量可根據具體需要設置，組數也可以根據具體的需要進行設置，設置的原則是相鄰兩柔性壓電片22在擺動時互相之間不干涉。

本發明根據柔性壓電片22擺動產生電能的原理，把柔性壓電片22與氣囊1聯系起來，使得氣囊1隨波浪擺動帶動柔性壓電片22的擺動發電，為增大柔性壓電片22的擺動幅度，在柔性壓電片22下固接負重塊23，通過增加繩索3和系泊裝置4，增加了發電部件的穩定性，整體結構構成了一種利用海洋能發電的柔性壓電裝置。

本發明整個裝置由繩索3和系泊裝置4固定在一定水域，在波浪涌動時，氣囊1隨波浪運動，帶動氣囊1下面的圓柱形外殼21及柔性壓電片22沿波浪涌動方向運動，由于柔性壓電片22下面固接有負重塊23的，由于慣性作用，使得柔性壓電片22發生擺動，不同組內的柔性壓電片22按照圓周陣列排列，可以接受到四面八方的波浪涌動，進而引起不同方向的柔性壓電片22擺動，柔性壓電片22由于壓電效應在上下表面電極上產生電荷，經過調理電路后可實現對電能的儲存或者直接為小功率電子設備供電。

應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。

技術特征：

技術總結
本發明屬于海洋波浪能收集技術領域，具體涉及一種利用海洋能發電的柔性壓電裝置，包括氣囊和壓電發電裝置；壓電發電裝置包括圓柱形殼體、柔性壓電片和負重塊，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側連接，另一端連接有負重塊，一組柔性壓電片包括至少一個柔性壓電片，相同組內的柔性壓電片沿殼體上表面的徑向均勻布置，不同組內的柔性壓電片沿殼體上表面的圓心周向均勻設置。該裝置結構簡單，實用性強，能夠高效回收海洋波浪能，滿足多數小型電子設備的用電需求，對節約資源和環境保護有著積極的作用。

技術研發人員：王海峰;崔宜梁;李蒙;孫凱利;郭修宇
受保護的技術使用者：青島大學
技術研發日：2017.07.25
技術公布日：2017.09.15