一种声能发电装置及发电装置 |
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| 申请号 | CN202410132740.4 | 申请日 | 2024-01-30 | 公开(公告)号 | CN118017874A | 公开(公告)日 | 2024-05-10 |
| 申请人 | 中国联合网络通信集团有限公司; | 发明人 | 麦淮; 邓续忠; 于雪飞; 殷守江; 吴棣华; 余烁欣; 辛德华; 李婕; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开一种声能发电装置及发电装置，涉及 能量 转换收集装置领域，旨在能够高效率的对噪声进行能量转换，更大程度的利用噪声发电。声能发电装置包括多个声电转换器件组，声电转换器件组包括多个声电转换器件，声电转换器件包括压电膜，声电转换器件组包括的多个声电转换器件的压电膜的谐振 频率 相同，不同的声电转换器件组中压电膜的谐振频率不同。每个声电转换器件组中的多个声电转换器件 串联 连接，多个声电转换器件组中的第一个声电转换器件相互电连接，多个声电转换器件组中的最后一个声电转换器件相互电连接。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种声能发电装置，其特征在于，所述声能发电装置包括多个声电转换器件组； |
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| 说明书全文 | 一种声能发电装置及发电装置技术领域背景技术[0002] 噪声在人们的日常生活中是广泛存在的，过去对噪声的治理往往采用吸收或者隔离的方法，而近些年来，人们对噪声的处理不再局限于此。噪声作为一种存在形式较为特殊的能量已经逐渐被人们所重视，由于噪声发电具有可靠、节能环保的特性因而具有广阔的应用前景，但是现有的噪声发电设备声电转化的效率较低。 发明内容[0003] 本发明的实施例提供一种声能发电装置及发电装置，旨在能够高效率的对噪声进行能量转换，更大程度的利用噪声发电。 [0004] 为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案： [0005] 第一方面，本申请提供一种声能发电装置，声能发电装置包括多个声电转换器件组，声电转换器件组包括多个声电转换器件，声电转换器件包括压电膜，声电转换器件组包括的多个声电转换器件的压电膜的谐振频率相同，不同的声电转换器件组中压电膜的谐振频率不同。每个声电转换器件组中的多个声电转换器件串联连接，多个声电转换器件组中的第一个声电转换器件相互电连接，多个声电转换器件组中的最后一个声电转换器件相互电连接。 [0006] 声电转化器件组由多个声电转换器件组成，每个声电转换器件又包括有压电膜，压电膜具有在形变时带有电荷的特性，因此当噪声使得压电膜发生谐振时，形变的压电膜上的电荷会被声电转换器件收集，从而实现声电转换的功能。由于每个声电转化器件组所包括的声电转换器件中的压电膜的谐振频率都是相同的，且同一个声电转化器件组中的多个声电转化器件又是串联连接的，所以会增大最终收集到的电量。并且，由于不同声电转换器件组中的多个声电转换器件的压电膜的谐振频率是不相同的，所以对于不同频率的噪声都能起到声电转化的作用。多个声电转换器件组中的第一个声电转换器件相互电连接，多个声电转换器件组中的最后一个声电转换器件相互电连接，即使某个声电转换器件组中的声电转换器件发生了损坏，导致该声电转换器件组所在的电路异常，也不会影响到其它声电转换器件组对噪声能量形式的转换，这样的连接方式提高了声能发电装置的可靠性。 [0007] 作为一种可能的实现方式，声电转换器件还包括正极导线、负极导线、第一导电镀膜以及第二导电镀膜。压电膜包括在第一方向上相对设置的第一表面和第二表面，第一导电镀膜设置于第一表面上，第二导电镀膜设置于第二表面上。正极导线与第一导电镀膜连接，负极导线与第二导电镀膜连接。声电转换器件组中，第N个声电转换器件的负极导线与第N+1个声电转换器件的正极导线连接。多个声电转换器件组中的第一个声电转换器件的正极导线相互连接，多个声电转换器件组中的最后一个声电转换器件的负极导线相互连接。 [0008] 作为一种可能的实现方式，声电转换器件还包括第一外壳、第二外壳。压电膜包括在第二方向上相对设置的第一侧面和第二侧面，第一方向和第二方向交叉。第一外壳和第一侧面接触，第二外壳与第二侧面接触。正极导线包括位于第一外壳内部的第一部分和暴露于第一外壳外部的第二部分，正极导线的第一部分与第一导电镀膜连接。负极导线包括位于第二外壳内部的第一部分和暴露于第二外壳外部的第二部分，负极导线的第一部分与第二导电镀膜连接。 [0009] 作为一种可能的实现方式，第一外壳中设置有第一开孔，第一开孔内壁设置有两个第一金属板，两个第一金属板平行设置，且第一金属板与正极导线的第一部分平行。和/或，第二外壳中设置有第二开孔，第二开孔内壁设置有两个第二金属板，两个第二金属板平行设置，且第二金属板与负极导线的第一部分平行。 [0010] 作为一种可能的实现方式，声能发电装置包括的多个声电转换器件呈阵列排布，且多个声电转换器件所在的表面为曲面。 [0011] 作为一种可能的实现方式，声电转换器件组包括第一公共触点和第二公共触点，多个声电转换器件组中的第一个声电转换器件与第一公共触点电连接，多个声电转换器件组中的最后一个声电转换器件与第二公共触点电连接。声能发电装置还包括蓄电池，第一公共触点和第二公共触点与蓄电池电连接。 [0012] 作为一种可能的实现方式，声能发电装置还包括放大装置，第一公共触点和第二公共触点与放大装置电连接，放大装置与蓄电池连接。 [0013] 作为一种可能的实现方式，压电膜包括聚偏氟乙烯薄膜和压电陶瓷膜。 [0014] 第二方面，本申请提供一种发电装置，发电装置包括如第一方面及第一方面下各种可能的实现方式中的声能发电装置和光电转化装置，其中，声能发电装置包括蓄电池，光电转化装置与蓄电池连接。 [0017] 图1为本申请实施例提供的一种声能发电装置示意图； [0018] 图2为本申请实施例提供的一种声电转换器件的结构示意图； [0019] 图3为本申请实施例提供的一种声能发电装置的内部连接示意图； [0020] 图4为本申请实施例提供的另一种声电转换器件的结构示意图； [0021] 图5为本申请实施例提供的另一种声电转换器件的结构示意图； [0022] 图6为本申请实施例提供的一种声电转换器件排布的示意图； [0023] 图7为本申请实施例提供的另一种声能发电装置示意图； [0024] 图8为本申请实施例提供的另一种声能发电装置示意图； [0025] 图9为本申请实施例提供的一种发电装置的组成示意图； [0026] 图10为本申请实施例提供的另一种发电装置的组成示意图。 具体实施方式[0027] 下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。 [0028] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0029] 术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。 [0030] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0031] 随着当今社会的不断发展，高度电子化与机械化设备的应用越来越广泛，在为人们提供了大量便利的同时，也产生了越来越多而且越来越强的噪声。高分贝的噪声会对人体的神经系统和内分泌系统造成较大的刺激，对于噪声污染的治理，人们通常采取在噪声的传播路径上设置能够吸收噪声的隔离带或防护带来减小噪声的危害。 [0032] 虽然在以人类健康的角度来讲，噪声属于污染的一种，但另一方面，噪声的本质是能量，例如喷气式飞机的噪声为160分贝左右，但是其的声功率约为10kw，大型鼓风机的噪声约为140分贝，其声功率为100w。因此，将噪声所携带的能量转化为其它形式的能量不但能够治理噪声，还能够进行能量的利用，因此噪声能量的转换与应用具有广阔的前景，由于电能是人们的常用能源，所以如何利用噪声高效发电就成为了热点问题。 [0033] 有鉴于此，本申请提供一种声能发电装置，如图1所示，参照图1，声能发电装置10包括多个声电转换器件组1，声电转换器件组1包括多个声电转换器件11，声电转换器件11包括压电膜111，声电转换器件组1包括的多个声电转换器件11的压电膜111的谐振频率相同，不同的声电转换器件组1中压电膜111的谐振频率不同。每个声电转换器件组1中的多个声电转换器件11串联连接，多个声电转换器件组1中的第一个声电转换器件11相互电连接，多个声电转换器件组1中的最后一个声电转换器件11相互电连接。 [0034] 需要说明的是，图1中“()”内的数字代表的是声电转换器件组的序号，如“(1)”表示第一声电转换器件组，“(2)”表示第二声电转换器件组，由于声电转换器件组的数量可以根据实际的应用场景进行增加或减少，所以最后一个声电转换器件组在图1中以“(x)”表示。 [0035] 需要说明的是，图1中声电转换器件组上方的英文标号“a”“b”“m”代表的是位于同一声电转换器件组中不同声电转换器件的编号，为了更清楚的对本申请实施例提供的声能发电装置的结构进行说明，本申请将采用“()”与英文标号相结合的方式进行表述，例如第一声电转换器件组中的第二声电转换器件表示为(1b)。 [0036] 声能发电装置10包括多个声电转换器件组1，例如图1所示的声能发电装置10包括第一声电转换器件组(1)，第二声电转换器件组(2)等在内的x个声电转换器件组。每个声电转换器件组1包括多个声电转换器件11，以第一声电转换器件组(1)为例，第一声电转换器件组(1)中包括第一声电转换器件(1a)、第二声电转换器件(1b)在内的m个声电转换器件。 [0037] 声电转换器件组1包括的多个声电转换器件11的压电膜111的谐振频率相同，以第一声电转换器件组(1)为例，第一声电转换器件组(1)中的第一声电转换器件(1a)、第二声电转换器件(1b)等m个声电转换器件11中的压电膜111的谐振频率相同。 [0038] 不同的声电转换器件组1中压电膜111的谐振频率不同，例如第一声电转换器件组(1)中的第一声电转换器件(1a)中的压电膜111与第二声电转换器件组(2)中的第一声电转换器件(2a)中的压电膜111的谐振频率不同。 [0039] 压电膜具有在形变时带有电荷的特性，当压电膜的表面上受到外力的影响，压电膜内部偶极子的排列状况会由于压电膜因外力造成的变形而发生紊乱，压电膜原本的电中性会遭到破坏，电荷在一段时间内会存在于压电膜的表面，也就是说当压电膜发生形变时，原本呈电中性的压电膜将会带电。作为一种可能的实现方式，压电膜包括聚偏氟乙烯薄膜(polyvinylidene fluoride，pvdf)和压电陶瓷膜。 [0040] 当噪声传播到压电膜上时，会使压电膜发生谐振，造成压电膜的形变，压电膜原本的电中性会遭到破坏，电荷在一段时间内会存在于压电膜的表面，由声电转换器件进行收集，从而实现声电转换的功能。 [0041] 噪声的传播具有一定的频率，当噪声传递到压电膜上的入射声波频率的大小与压电膜的谐振频率的大小相同时，此时声电转换的效率最高，声电转换器件能够输出较大的电流，属于同一声电转换器件组的声电转换器件的压电膜的谐振频率相同，并且串联连接，相比于单一的声电转换器件，能够汇聚到更多的电流。 [0042] 根据谐振理论可知，在压电材料基频处的阻抗最小，输出电流最大，其次在压电材料的泛音频处也能够输出较大的电流，因此本申请设计了多个不同的声电转换器件组，不同的声电转换器件组中的压电膜的谐振频率不同，这样使得一个声电转换器件组中压电膜的泛音频率可能为另一个声电转换器件组的基频，从而能够更大程度上的与噪声的入射频率相匹配，提高了能量转换的效率。并且当某个声电转换器件组由于故障导致无法工作，其余的声电转换器件组中的压电膜的谐振频率可能为与噪声的入射频率相匹配的泛音频率，因此仍然能够在声电转换器件中收集到较大的电流。多个声电转换器件组中的第一个声电转换器件相互电连接，多个声电转换器件组中的最后一个声电转换器件相互电连接，即使某个声电转换器件组中的声电转换器件发生了损坏，导致该声电转换器件组所在的电路异常，也不会影响到其它声电转换器件组对噪声能量形式的转换，这样的连接方式提高了声能发电装置的可靠性。 [0043] 作为一种可能的实现方式，压电膜的形状为圆柱形，通过改变压电膜的厚度能够控制压电膜的谐振频率，以拓宽噪声发电的频带。 [0044] 在一些实施例中，如图2所示，图2示出了声电转换器件的结构。参照图2，声电转换器件11还包括正极导线112、负极导线113、第一导电镀膜114以及第二导电镀膜115。压电膜111包括在第一方向(也即图2中的水平x方向)上相对设置的第一表面1111和第二表面 1112，第一导电镀膜114设置于第一表面1111上，第二导电镀膜115设置于第二表面1112上。 正极导线112与第一导电镀膜114连接，负极导线113与第二导电镀膜115连接。 [0045] 将正极导线与负极导线分别连接到第一导电镀膜与第二导电镀膜上的设置，相比于将正极导线与负极导线直接连在压电膜上，能够降低压电膜受到损坏或污染的风险，从而提高使用的寿命。 [0046] 作为一种可能的实现方式，在每个声电转换器件组中，第N个声电转换器件的负极导线与第N+1个声电转换器件的正极导线连接。多个声电转换器件组中的第一个声电转换器件的正极导线相互连接，多个声电转换器件组中的最后一个声电转换器件的负极导线相互连接。 [0047] 如图3所示，图3示出了声能发电装置的内部连接。参照图3，图3以第一声电转换器件组(1)中的声电转换器件的连接，与第一声电转换器件组(1)和第二声电转换器件组(2)的连接关系为例进行说明，第一声电转换器件组(1)中的第一声电转换器件(1a)的负极导线113与第二声电转换器件(1b)的正极导线112电连接，第二声电转换器件(1b)的负极导线113与第三声电转换器件(1c)的正极导线112电连接，依此类推。 [0048] 不同的声电转换器件组之间，例如第一声电转换器件组(1)和第二声电转换器件组(2)之间的连接包括两部分，一部分是通过第一声电转换器件组(1)中的第一声电转换器件(1a)，与第二声电转换器件组(2)中的第一声电转换器件(2a)的正极导线112相互连接的。另一部分是通过第一声电转换器件组(1)中的最后一个声电转换器件(1m)与第二声电转换器件组(2)中的最后一个声电转换器件(2m)的负极导线113相互连接的。 [0049] 在一些实施例中，如图4所示，图4示出了声电转换器件的结构。参照图4，相比于图2，图4还增加了第一外壳116和第二外壳117。压电膜包括在第二方向上(也即图4中的竖直y方向)相对设置的第一侧面1113和第二侧面1114，第一方向和第二方向交叉。第一外壳116和第一侧面1113接触，第二外壳117与第二侧面1114接触。正极导线112包括位于第一外壳 116内部的第一部分(也即虚线的左边)和暴露于第一外壳116外部的第二部分(也即虚线的右边)，正极导线112的第一部分与第一导电镀膜114连接。负极导线113包括位于第二外壳 117内部的第一部分(也即虚线的左边)和暴露于第二外壳117外部的第二部分(也即虚线的右边)，负极导线113的第一部分与第二导电镀膜115连接。 [0050] 具体的，在第一外壳中开设第一引线槽，在第二外壳中开设第二引线槽，第一引线槽用于穿过正极导线，使正极导线的第一部分处于第一外壳的包裹中，第一引线槽开设到第一导电镀膜处，使得正极导线的第一部分的末端能够与第一导电镀膜进行连接。第二引线槽用于穿过负极导线，使负极导线的第一部分处于第二外壳的包裹中，第二引线槽开设到第二导电镀膜处，使得负极导线得第一部分的末端能够与第二导电镀膜进行连接。 [0051] 第一外壳与第二外壳的设置能够对压电膜起到较好的支撑固定和保护的作用，作为一种可能的实现方式，第一外壳与第二外壳为绝缘刚体外壳，绝缘的设计能够有效的降低电路出现故障时可能发生的安全隐患，由于正极导线与负极导线的第二部分伸出第一外壳与第二外壳，所以并不会影响声电转换器件的正常导电。 [0052] 在另一些实施例中，如图5所示，图5示出了声电转换器件的结构。参照图4与图5，图5相比于图4增加了第一开孔118。第一开孔118内壁设置有两个第一金属板，两个第一金属板平行设置，且第一金属板与正极导线的第一部分平行。 [0053] 需要注意的是，图5中示出的声电转换器件为截面图，也就是说第一开孔118与正极导线112位于第一外壳116的不同高度上，第一开孔118并不会截断正极导线112。第一开孔118的设置可以等效为一个电容器，而第一开孔118内壁设置的两个金属板等效为电容器的两个极板。由于噪声能量的供给并不稳定，噪声可能会出现时大时小的情况，但是人们却需要稳定的电能输出，增加的第一开孔等效的电容器能够使声电转换器件输出的能量更加稳定，例如当噪声的分贝较大，声电转换器件输出的能量大于平均输出的能量时会对第一开孔等效的电容器充电，以减小声电转换器件的能量输出，而当噪声的分贝较小，声电转换器件输出的能量小于平均输出的能量时第一开孔等效的电容器放电，以增大声电转换器件的能量输出，从而使声电转换器件输出的能量更加稳定。 [0054] 作为一种可能的实现方式，第二外壳中设置有第二开孔，第二开孔内壁设置有两个第二金属板，两个第二金属板平行设置，且第二金属板与负极导线的第一部分平行。 [0055] 需要注意的是，开孔的设置位置可以在第一外壳中，也可以在第二外壳中，本申请实施例对其开设的位置不做限定。此外，本申请实施例对开孔的数量也不做出限制，例如可以在第一外壳中开设有第一开孔，也可以在同一个声电转换器件上的第二外壳中开设第二开孔。 [0056] 作为一种可能的实现方式，声能发电装置包括的多个声电转换器件呈阵列排布，且多个声电转换器件所在的表面为曲面，示例性的，如图6所示。图6中所示的多个声电转换器件组最终连接组合呈喇叭状，能够更好的汇聚声音，从而提高声电转换的输出量。图6中虚线椭圆框内为部分声电转换器件的排布放大，参照图6可以看出，多个声电转换器呈曲线形式连接，最终组合形成的面为曲面。 [0057] 由于声波在自由场中呈球形传播，所以多个声电转换器件呈阵列排布，且多个声电转换器件所在的表面为曲面的设置能够使来自不同方向的声波尽可能的都能够垂直入射在声电转换器件的压电膜上，最大程度的减小声波的逸散，从而提高能量的转换效率。 [0058] 在一些实施例中，如图7所示，图7示出了本申请实施例提供的一种声能发电装置。参照图7，声电转换装置10包括多个声电转换器件组1和蓄电池2，其中，声电转换器件组1包括第一公共触点12和第二公共触点13，多个声电转换器件组1中的第一个声电转换器件与第一公共触点12电连接，多个声电转换器件组1中的最后一个声电转换器件与第二公共触点13电连接。多个声电转换器件组1通过第一公共触点12和第二公共触点13分别与蓄电池电连接。 [0059] 声能转换装置中的声电转换器件组将噪声进行电能的转换，由于各个声电转换器件组都与第一公共触点与第二公共触点连接，而第一公共触点和第二公共触点还与蓄电池连接，所以转换后的电能被储蓄在了蓄电池当中，蓄电池可以根据实际用途与相应的用电负载进行连接，例如连接一个灯泡，实现照明的功能。 [0060] 为了使一些大型用电设备也能够通过声电转换所输出的电能进行工作，本申请实施例还提供了一种声能发电装置，如图8所示。参照图8，声能发电装置10还包括放大装置3，第一公共触点12和第二公共触点13与放大装置3电连接，放大装置3与蓄电池2连接。放大装置3将声电转换器件组转化的电能进行放大，将放大后的能量输出到蓄电池进行存储，蓄电池可以根据实际用途与相应的用电负载进行连接，实现对大功率用电设备电能的供给。 [0061] 并且压电膜在整个声能发电装置中可以等效为一个电容电路模型，当噪声入射到压电膜上时，压电膜发生形变，其等效的电容的电荷量会发生变化，其本身的内阻抗较高，因此需要一个输入阻抗较高的放大器进行连接，将压电膜的高输出阻抗转换为低输出阻抗。 [0062] 本申请实施例还提供了一种发电装置，如图9所示，图9示出了发电装置的组成。参照图9，发电装置100包括如上所述的声能发电装置10和光电转化装置20，声能发电装置10包括蓄电池2，光电转化装置20与蓄电池2连接。光电转化装置20能够将太阳能转化为电能，并将转化后的电能存储至蓄电池中，通过声能发电装置10与光电转化装置20将生活中常见的两种能源，即声能与太阳能转化为电能，提高了能源的利用率，绿色环保。 [0063] 作为一种可能的实现方式，如图10所示，图10示出了发电装置的组成，参照图10，光电转化装置20包括太阳能板201和逆变器202，太阳能板201与逆变器202连接，逆变器202与蓄电池2电连接。光电转化装置20通过太阳能板201收集光能转化为电能，太阳能板201主要是由半导体材料构成，PN结是半导体的重要构成部分。当太阳能板201受到阳光照射时，PN结内的粒子由于获得了能量而开始变得活跃起来，开始进行扩散运动。PN结受到太阳光线照射时，里面的电子开始发生移动，P区的电子到上电极板，剩下带正电荷的空穴，N区的正电荷移向对面，只剩下负电荷，形成电场，在有光照条件下，这个过程源源不断的进行，最后形成稳定的光电流。太阳能板201的输出再通过逆变器202对输出的电能进行稳压处理，使得电能的输出始终维持在一个平稳的状态下，不会出现忽高忽低的情况，提高了发电装置的稳定性与可靠性。 [0065] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。 |
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