一种湿度感应发电装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发电装置，特别涉及一种湿度感应发电装置。
【背景技术】
[0002]液晶弹性体、介电弹性体、离子交换膜金属复合材料(IPMC)以及碳纳米管材料等高新材料可以根据声、光、电、磁、热等环境因素变化的刺激而产生可逆的变形运动，应用这一原理，可以制成多种无须外接电源的发电装置。而相比之下环境中的湿度变化作为一种独特的能源则被长期忽视，并没有得到有效的利用。近些年来，虽然一些受湿度变化激发的机械致动器被研制出来，如季戊四醇-乙氧基聚吡咯复合膜和石墨烯-氧化石墨烯复合膜等。但由于这些材料普遍存在尺寸过小、变形难以调控和加工难度大等不利因素，使它们暂时难以应用到实际的工业生产中。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了解决现有发电装置需要外接电源的问题，而提供的一种运用环境湿度变化产生形变的材料与结构，并将其与压电材料结合，构成湿度感应发电装置。
[0004]本发明包括有两个弧形压电元件，两个弧形压电元件间隔对称放置，两个弧形压电元件的上端之间、两个弧形压电元件的下端之间均由绝缘材料制成的矩形塑料板相连接；由若干个湿度感应致动器组成的致动器阵列粘接在矩形塑料板的内侧之间；弧形压电元件的内外表面覆设有金属电极层，弧形压电元件内外表面的金属电极层连接有输出导线。
[0005]所述的各弧形压电元件外部包裹有绝缘层。
[0006]所述的弧形压电元件是由压电聚合物制成。
[0007]为了将压电弯曲元件因曲率变化而产生的机械能转化为电能，所述压电聚合物为聚偏氟乙烯(PVDF)。
[0008]所述矩形塑料板应由具有一定刚度和韧性且绝缘性良好的工程塑料制成，矩形塑料板的材质为尼龙(PA)、聚甲醛(POM)或聚苯醚(PPO)。
[0009]所述的湿度感应致动器由若干个同轴的中空圆柱形基本单元体首尾依次相接构成；每一个中空圆柱形基本单元体是由弹性模量相差很大的夹层材料和基体材料间隔彼此镶嵌而成。
[0010]所述夹层材料为环形片状，是由刚度较大的金属材料制成，所述的金属材料为铸铁、钛、冷拔纯铜、碳钢或合金钢。所述的基体材料是由明胶、丙烯酰胺凝胶，木浆草浆与环氧树脂按一定比例混合制成的遇水可以产生体积膨胀的高分子聚合物材料，基体材料为中空圆柱体。
[0011]夹层材料与中空圆柱形基本单元体轴线之间形成有夹角Θ，夹角Θ为12°?42° ;所述夹层材料与基体材料两者弹性模量的比值大于100。
[0012]相邻两个环形夹层材料之间的圆心距与由基体材料构成的中空圆柱形基本单元体的横截面半径之间的比值小于3。
[0013]湿度感应致动器中第n+1个中空圆柱形基本单元体内部的夹层材料与基体材料的组合方式是按照第η个中空圆柱形基本单元体绕Z轴逆时针旋转90°设置的，且中空圆柱形基本单元体的总数η不小于5。
[0014]本发明的工作原理为:
[0015]与上下两个矩形塑料板相连接的每一个湿度感应致动器都具有根据环境的湿度变化而产生螺旋形变形的能力，即被水浸润后形状为圆柱体，内部水分干燥后圆柱体产生了螺旋形的变形。这种变形运动会使与之相粘接的两个矩形塑料板的间距产生变化。进而，两端与矩形塑料板相粘接的弧形压电元件的曲率会随着塑料板间距的改变而产生变化继而产生机械能。根据压电转换效应，由有机压电材料制成的压电弯曲元件会将该机械能转化成电能，经由导线输入到压电转换电路中。
[0016]本发明的有益效果:
[0017]可以借助湿度的变化，将机械能转化为电能，是一种清洁能源的发电装置，有利于环保，不使用燃料，发电成本低。
【附图说明】
[0018]图1为发明的立体示意图。
[0019]图2为本发明在潮湿的工作环境状态下的截面图。
[0020]图3为本发明在干燥的工作环境状态下的工作示意图。
[0021]图4为湿度感应致动器的夹层材料排列示意图。
[0022]图5为湿度感应致动器的基体材料排列示意图。
[0023]图6为湿度感应致动器中第η和第n+1个基本单元体的组装方式示意图。
【具体实施方式】
[0024]如图1、图2、图4和图5所示，本发明包括有两个弧形压电元件11，两个弧形压电元件11间隔对称放置，两个弧形压电元件11的上端之间、两个弧形压电元件11的下端之间均由绝缘材料制成的矩形塑料板15相连接；由若干个湿度感应致动器13组成的致动器阵列12粘接在矩形塑料板15的内侧之间；弧形压电元件11的内外表面覆设有金属电极层17，弧形压电元件11内外表面的金属电极层17连接有输出导线16。
[0025]所述的各弧形压电元件11外部包裹有绝缘层14。
[0026]所述的弧形压电元件11是由压电聚合物制成。
[0027]为了将压电弯曲元件因曲率增大而产生的机械能转化为电能，所述压电聚合物为聚偏氟乙烯(PVDF)。
[0028]所述矩形塑料板15应由具有一定刚度和韧性且绝缘性良好的工程塑料制成。起材质为尼龙(PA)、聚甲醛(POM)或聚苯醚(PPO)。
[0029]如图6所示，所述的湿度感应致动器13由若干个同轴的中空圆柱形基本单元体首尾依次相接构成；每一个中空圆柱形基本单元体是由弹性模量相差很大的夹层材料3和基体材料4间隔彼此镶嵌而成。
[0030]所述夹层材料3为环形片状，是由刚度较大的金属材料制成，所述的金属材料为铸铁、钛、冷拔纯铜、碳钢或合金钢。所述的基体材料4是由明胶、丙烯酰胺凝胶，木浆草浆与环氧树脂按一定比例混合制成的遇水可以产生体积膨胀的高分子聚合物材料，基体材料4为中空圆柱体。
[0031]夹层材料3与中空圆柱形基本单元体轴线之间形成有夹角Θ，夹角Θ为12°?42° ;所述夹层材料3与基体材料4两者弹性模量的比值大于100。
[0032]相邻两个环形夹层材料3之间的圆心距与由基体材料4构成的中空圆柱形基本单元体的横截面半径之间的比值小于3。
[0033]如图6所示，湿度感应致动器13中第n+1个中空圆柱形基本单元体内部的夹层材料3与基体材料4的组合方式是按照第η个中空圆柱形基本单元体绕Z轴逆时针旋转90°设置的，且中空圆柱形基本单元体的总数η不小于5。
[0034]本实施例的工作原理为:
[0035]如图3所示，与上下两个矩形塑料板15相连接的每一个湿度感应致动器13都具有根据环境的湿度变化而产生螺旋形变形的能力，即被水浸润后形状为圆柱体，内部水分干燥后圆柱体产生了螺旋形的变形。这种变形运动会使与之相粘接的两个矩形塑料板15的间距产生变化。进而，两端与矩形塑料板15相粘接的弧形压电元件11的曲率会随着塑料板15间距的改变而产生变化继而产生机械能。根据压电转换效应，由有机压电材料制成的压电弯曲元件11会将该机械能转化成电能，经由导线16输入到压电转换电路中。
【主权项】
1.一种湿度感应发电装置，其特征在于:包括有两个弧形压电元件(11)，两个弧形压电元件(11)间隔对称放置，两个弧形压电元件(11)的上端之间、两个弧形压电元件(11)的下端之间均由绝缘材料制成的矩形塑料板(15)相连接；由若干个湿度感应致动器(13)组成的致动器阵列(12)粘接在矩形塑料板(15)的内侧之间；弧形压电元件(11)的内外表面覆设有金属电极层(17)，弧形压电元件(11)内外表面的金属电极层(17)连接有输出导线(16)ο2.根据权利要求1所述的一种湿度感应发电装置，其特征在于:所述的各弧形压电元件(11)外部包裹有绝缘层(14)。3.根据权利要求1所述的一种湿度感应发电装置，其特征在于:所述的弧形压电元件(11)是由压电聚合物制成；所述矩形塑料板(15)的材质为尼龙、聚甲醛或聚苯醚。4.根据权利要求3所述的一种湿度感应发电装置，其特征在于:所述压电聚合物为聚偏氟乙稀。5.根据权利要求1所述的一种湿度感应发电装置，其特征在于:所述的湿度感应致动器(13)由若干个同轴的中空圆柱形基本单元体首尾依次相接构成；每一个中空圆柱形基本单元体是由夹层材料(3)和基体材料(4)间隔彼此镶嵌而成。6.根据权利要求5所述的一种湿度感应发电装置，其特征在于:所述夹层材料(3)为环形片状，其材质为金属材料；所述的基体材料(4)的材质为遇水可以产生体积膨胀的高分子聚合物材料，基体材料(4)为中空圆柱体。7.根据权利要求5所述的一种湿度感应发电装置，其特征在于:所述的夹层材料(3)与中空圆柱形基本单元体轴线之间形成有夹角Θ，夹角Θ为12°?42° ;所述夹层材料(3)与基体材料(4)两者弹性模量的比值大于100。8.根据权利要求5所述的一种湿度感应发电装置，其特征在于:所述相邻两个环形夹层材料(3)之间的圆心距与由基体材料(4)构成的中空圆柱形基本单元体的横截面半径之间的比值小于3。9.根据权利要求5所述的一种湿度感应发电装置，其特征在于:所述湿度感应致动器(13)中第n+1个中空圆柱形基本单元体内部的夹层材料(3)与基体材料⑷的组合方式是按照第η个中空圆柱形基本单元体绕Z轴逆时针旋转90°设置的，且中空圆柱形基本单元体的总数η不小于5。
【专利摘要】本发明公开了一种湿度感应发电装置，包括有两个弧形压电元件，两个弧形压电元件间隔对称放置，两个弧形压电元件的上端之间、两个弧形压电元件的下端之间均由绝缘材料制成的矩形塑料板相连接；由若干个湿度感应致动器组成的致动器阵列粘接在矩形塑料板的内侧之间；弧形压电元件的内外表面覆设有金属电极层，弧形压电元件内外表面的金属电极层连接有输出导线；本发明借助湿度的变化，将机械能转化为电能，是一种清洁能源的发电装置，有利于环保，不使用燃料，发电成本低。<!-- 2 -->
【IPC分类】H02N2/18
【公开号】CN105207522
【申请号】CN201510647935
【发明人】赵彻, 周雪莉, 宋正义, 刘陶然, 于征磊, 吴越, 任露泉, 刘庆萍
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年10月9日