一種混合式發電機和發電方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種發電機，特別是涉及將流動液體中的多種形式的能量轉化為電能的混合式發電機和發電方法。
【背景技術】
[0002]摩擦發電機是最近發明的一種新型的將機械能轉化為電能的方式，利用得失電子能力不同的兩種材料之間的互相摩擦，發生表面電荷轉移，能夠將廣泛存在的機械能，如海浪、風能、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變為電能，為小型電子器件如便攜設備等提供電源。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(空氣等)發生摩擦，產生摩擦電荷，使其具有靜電能。現有的摩擦發電機無法同時將水流中不同形式的能量轉化為電能。
【發明內容】
[0003]本發明涉及一種混合式發電機和發電方法，結合靜電誘導發電組件和摩擦發電組件，可以將流動液體中的靜電能和機械動能同時轉化為電能。
[0004]為實現上述目的，本方法提供一種混合式發電機，包括:
[0005]公共旋轉軸；
[0006]靜電誘導發電組件，包括:由多個固定連接的葉片構成葉片輪，每個所述葉片的表面與所述公共旋轉軸平行，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軸旋轉，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生電信號;
[0007]摩擦發電組件，包括:第一轉盤，由基底層、第一電極層、第一摩擦層依次層疊組成；第二轉盤，由第二基底層、第二電極層、第二摩擦層依次層疊組成；所述第一轉盤與第二轉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，所述第一轉盤相對于第二轉盤能夠以所述公共旋轉軸為軸轉動，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]優選的，所述葉片輪的多個葉片圍繞所述公共旋轉軸均勻分布。
[0010]優選的，所述公共旋轉軸與所述摩擦發電組件的第二轉盤固定，所述摩擦發電組件的第一轉盤與所述葉片輪固定并且圍繞所述公共旋轉軸轉動；
[0011]或者，
[0012]所述公共旋轉軸與所述摩擦發電組件的第一轉盤固定，所述摩擦發電組件的第一轉盤與所述葉片輪固定并且圍繞所述公共旋轉軸轉動。
[0013]優選的，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]優選的，所述摩擦發電組件的第一轉盤和第二轉盤均由多個形狀相同的扇葉組成，且兩個轉盤的扇葉數量相等。
[0015]優選的，所述第一轉盤的多個扇葉和第二轉盤的多個扇葉分別以所述公共旋轉軸與轉盤的交點為中心呈中心對稱分布。
[0016]優選的，所述葉片輪的葉片數與所述第一轉盤的扇葉數相等或者不相等。
[0017]優選的，葉片輪的葉片表面的疏水層由具有超疏水性質的薄膜組成。
[0018]優選的，所述疏水層的接觸角大于120°。
[0019]優選的，所述疏水層為在表面微米尺度的結構上生長納米尺度的結構形成。
[0020]優選的，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摩擦所產生。
[0021]優選的，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、導電氧化物或有機物導體。
[0025]優選的，所述第一摩擦層與第二摩擦層在轉動過程中能夠互相接觸的表面全部或部分具有納米結構或微米結構；所述納米結構和微米結構選自納米線、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]優選的，所述第一摩擦層和/或第二摩擦層表面經過化學改性，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]優選的，所述等電位為地電位或者等電位源電路。
[0028]優選的，所述靜電誘導發電組件和所述摩擦發電組件的電信號分別經過整流后進行并聯連接。
[0029]優選的，所述轉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]優選的，所述疏水層的厚度范圍為10nm-5mm。
[0033]相應的，本發明還提供一種發電方法，采用上述任一項所述的混合式發電機，包括步驟:
[0034]流動的液體沖擊所述靜電誘導發組件的葉片，使所述葉片輪圍繞所述公共旋轉軸轉動；所述葉片輪帶動所述摩擦發電組件的第一轉盤相對于第二轉盤轉動；
[0035]液體沖擊葉片和離開葉片，在靜電誘導發電機組件的葉片的電極層與等電位之間產生交變的電信號；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生交變電信號。
[0036]與現有技術相比，本發明具有下列有益效果:
[0037]本發明的發電機由兩套獨立的發電組件組成，葉片輪組成靜電誘導發電組件收集流動液體中的靜電能；兩個轉盤組成轉盤式摩擦發電組件，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盤與其一起轉動。由靜電誘導發電組件和摩擦發電組件組成的混合發電機能同時收集流動液體中的靜電能和機械動能。
[0038]靜電誘導發電組件的葉片輪由多個葉片組成，摩擦發電組件的兩個轉盤具有多扇葉結構。通過改變葉片的數量和扇葉的數量，可以調控發電機的輸出頻率。
[0039]本發明提供的混合式發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，具有廣闊的使用環境。可以用風能、人體運動等其他的方式來驅動葉片輪和轉盤的轉動，使轉盤式摩擦發電機產生電學輸出，具有廣泛的實際用途。
[0040]可以在摩擦發電組件的轉盤摩擦層表面進行微、納米結構修飾或者進行表面化學改性，提高發電機的電學輸出特性。
[0041]與全橋整流器結合可以將靜電誘導發電組件或摩擦發電組件輸出的交流電信號轉變為單向脈沖信號，不僅可以作為脈沖電源直接應用于電化學等領域，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]將靜電誘導發電組件和摩擦發電組件輸出的電信號分別進行整流后進行并聯，可以提高發電機的輸出電流。
[0043]本發明的其他特征和優點將在隨后的【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，本發明的上述及其它目的、特征和優勢將更加清晰。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，重點在于示出本發明的主旨。
[0045]圖1為本發明混合式發電機一個實施例的前視結構示意圖；
[0046]圖2為本發明混合式發電機一個實施例的頂視結構示意圖；
[0047]圖3為一個摩擦層采用導電材料的發電機前視結構示意圖；
[0048]圖4為一個摩擦層采用導電材料的發電機頂視結構示意圖；
[0049]圖5中(a) - (d)為由葉片輪組成的靜電誘導發電組件的工作原理示意圖；
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