基于离子聚合物金属复合物的多管道式俘能器

摘要

基于离子聚合物金属复合物的多管道式俘能器，涉及能量收集装置。设有多口俘能管道、浮块、钢丝绳、吊线坠、离子聚合物金属复合物、电路密封盒、能量收集电路、导线、铜片电极；俘能管道设有多口，俘能管道由宽径到窄径，能有效利用各个方向水流且具有使管道内水流速度放大的作用；离子聚合物金属复合物与铜片电极接触，固定在俘能管道内，用于利用管道中的水流冲击使其变形产生电能；能量收集电路通过导线与铜片电极相连并固定在电路密封盒中用于储存电能；浮块安装在俘能器底部，为整个装置提供浮力；吊线坠固定在浮块底部，吊线坠用于俘能器的稳定和水体中定位。能充分利用各方向的水流产生电能，提高离子聚合物金属复合物收集能量的效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种能量收集装置，特别是涉及一种基于离子聚合物金属复合物的多管道式 俘能器。

背景技术

离子聚合物金属复合物(IPMC)是一种离子聚合物金属复合物材料，是在全氟磺酸质子交 换膜(Nafion)上下层镀上金属铂电极，形成的一种“三明治”结构的智能材料；IPMC在频 率(<100HZ)的负载变形下，会产生一个mV级别的开路电压，μA级别的短路电流。

水体中的传感器、小型用电装置需要电能供给，而在水体和远海环境中，远程输电不便， 需要经常更换电池，维护成本较高，但是水流、潮汐拥有巨大的能量来源，可对其能量进行 收集为上述器件供电。中国专利CN104564497A中的波力发电法及波力发电装置，结构比较 复杂、体积大、成本高，不适宜小型用电装置的供电。然而IPMC材料的工作频率低，柔性好， 工作时膜内需要补充水分，适合在水体环境中进行工作，且基于IPMC材料的能量收集装置， 体积小，结构简单，成本较低，更适宜这种特定情况下的能量收集应用。

水体环境中，水流方向会随外部条件发生变化，从而决定了IPMC是否会变形，以及变形 量，这些决定了IPMC的能量收集能力。而中国专利CN102931876A一种基于智能材料IPMC的 微型发电装置，在水体环境中，只能接收一个方向上的水流负载且受限于水流负载的强度。

发明内容

本发明的目的在于提供能够充分利用各个方向的水流产生电能，并且通过俘能管道的结 构设计，提高离子聚合物金属复合物(IPMC)收集能量的效率的一种基于离子聚合物金属复合 物的多管道式俘能器。

本发明设有多口俘能管道、浮块、钢丝绳、吊线坠、离子聚合物金属复合物、电路密封 盒、能量收集电路、导线、铜片电极；俘能管道设有多口，俘能管道由宽径到窄径，能有效 利用各个方向水流且具有使管道内水流速度放大的作用；离子聚合物金属复合物与铜片电极 接触，固定在俘能管道内，用于利用管道中的水流冲击使其变形产生电能；能量收集电路通 过导线与铜片电极相连并固定在电路密封盒中用于储存电能；浮块安装在俘能器底部，为整 个装置提供浮力；吊线坠固定在浮块底部，吊线坠用于俘能器的稳定和水体中定位。

所述吊线坠与浮块之间可通过钢丝绳连接。

本发明能够充分利用各个方向的水流产生电能，并且通过管道的孔径变化，使管道内水 流速度放大，提高离子聚合物金属复合物收集能量的效率。

本发明的优点在于：(1)可方便地为水体中的传感器、小型用电装置提供电能供给，较 传统的机械式能量收集器，结构更加的简单。(2)“多管道式”俘能器，含有多个进水口，能 有效利用各个方向水流，驱动离子聚合物金属复合物形变产生能量，利用率高。(3)管道口由 宽径到窄径，具有使管道内水流速度放大的作用。使原来无法驱动形变的水流速度放大，能 够有效驱动离子聚合物金属复合物形变，增加了水流负载的强度和俘能器在水体中流速的工 作范围，提高了能量收集的效率。(4)“多管道式”俘能器，由于管道多，且管道中水流负载 比较集中有效，方便布置多片的离子聚合物金属复合物，提高了整体的能量收集的能力。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构装配图。

图2为本发明实施例的主视图。

图3为图2的A-A剖面图。

具体实施方式

参见图1～3，本发明实施例设有多口俘能管道1、浮块2、钢丝绳3、吊线坠4、离子聚 合物金属复合物5、电路密封盒6、能量收集电路7、导线8、铜片电极9。俘能管道1设有 多口，管道由宽径到窄径，能有效利用各个方向水流且具有使管道内水流速度放大的作用； 浮块2安装在俘能管道1底部，为整个装置提供浮力；吊线坠4与钢丝绳3连接，固定在浮 块2底部，为俘能器提供稳定性和水体中定位。离子聚合物金属复合物5与铜片电极9接触 并固定在俘能管道1内，利用管道中水流变形产生电能；能量收集电路7通过导线8与铜片 电极9相连并固定在电路密封盒6中，用于储存电能；

所述俘能管道1选用轻质材料，保证俘能器在水面上的浮力。

所述浮块2选用轻质材料，浮块2能够支撑起多管道式俘能器漂浮在水面且保证管道口至 少2/3在水面下。

所述离子聚合物金属复合物5的长度小于俘能管道1直径的1/2。

所述能量收集电路7是由整流桥、电容和可充电电池等组成。整流桥可以将外界的交流(AC) 信号转变为直流(DC)信号，经过电路内电容收集，再经过DC-DC由可充电电池存储。

使用过程中，当“多管道式”俘能器放置在水体环境时，由浮块2提供浮力，使俘能器漂 浮在水面上；同时由钢丝绳3和吊线坠4，使其稳定漂浮在水面上；水流运动或海水的波浪， 以一定的速度进入到俘能管道1，经过俘能管道1内径的变化，水流的速度，在管道内放大， 冲击均布在俘能管道1内的多片离子聚合物金属复合物5；离子聚合物金属复合物5发生形变 同时产生电能，电能通过铜片电极9、导线8将交流(AC)电信号传给能量收集电路7；能量收集 电路7将交流(AC)电信号转变为直流(DC)电信号,经过电路内电容收集，经DC-DC由可充电电池 存储。

本发明是基于离子聚合物金属复合物(IPMC)的水体中的“多管道式”俘能器，本发明提 出克服水体和远海环境中，远程输电不便，经常更换电池等不经济情况下的一种基于IPMC的 “多管道式”俘能器。本发明结构简单，可持续为水体中传感器、小型用电装置提供电能。 本发明的俘能器设有多口，管道由宽径到窄径，能有效利用各个方向水流且具有使管道内水 流速度放大的作用；离子聚合物金属复合物与铜片电极接触，固定在俘能管道内，利用管道 中水流变形产生电能；能量收集电路通过导线与铜片电极相连，固定在电路密封盒中，储存 电能；浮块安装在俘能器底部，为整个装置提供浮力；吊线坠固定在浮块底部，为俘能器提 供稳定性和水体中定位。