稳态非稳态能量的储存发电一体化装置

摘要

本发明提供了一种稳态非稳态能量的储存发电一体化装置，包括形变功能体、传动体、储能机构、锁定机构及发电机构，传动体具有第一功能结构及第二功能结构，第一功能结构一端连接储能机构并与储能机构之间形成密闭真空空间，第一功能结构的另一端连接发电机构；形变功能体通过第二功能结构连接第一功能结构且形变功能体自身膨胀能够使第二功能结构带动第一功能结构运动并使得密闭真空空间体积变大，锁定机构安装在第一功能结构上，当锁定机构处于解锁状态时在外部大气压的作用下驱使第一功能结构运动从而带动发电机构发电，本发明结构简单，能量储存和释放受到外部环境影响小，不产生其他的垃圾，环境友好度好。

说明书

技术领域

本发明涉及储能技术领域，具体地，涉及一种稳态非稳态能量的储存发电一体化装置。

背景技术

能量存在的形式多种多样，按照物质的不同运动形式分类，能量可分为核能、机械能、化学能、热能、电能、辐射能、光能等，由于能量经常会造成柔性体结构出现膨胀缩小的体积变化，而且这些体积变化所释放出的能量往往不能被利用或难以利用，其中，许多物体的膨胀缩小也会由于自然界存在的能量产生，例如太阳光等，这些能量作为新能源在某些特定的环境可被收集利用，但现有的能量收集装置大多具有一定的局限性，或者结构复杂，或者能量储存和释放不方便，等等，大大限制了能量的储存与释放的实施。

专利文献CN202613304U公开了一种太阳光直接储存和释放装置，包括自动跟踪聚光系统，引入光纤、真空环形管，光开关、引出光纤和光释放装置，引入光纤一端与自动跟踪聚光系统连接、另一端与真空环形管的光入口连接，将自动跟踪聚光系统聚焦的白天的太阳光引入到真空环形管内，太阳光在真空环形管内一直循环运行，引出光纤一端与真空环形管的光出口连接、另一端与光释放装置连接，光开关设置于引出光纤上，当要使用真空环形管内一直循环运行的太阳光照明时打开光开关，使部分太阳光通过引出光纤进入光释放装置，照射到需要的场合，但该设计受到天气的制约，对于阴雨天气不利于能量的收集，不具有通用性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种稳态非稳态能量的储存发电一体化装置。

根据本发明提供的一种稳态非稳态能量的储存发电一体化装置，

包括形变功能体、传动体、储能机构、锁定机构以及发电机构；

所述传动体具有第一功能结构以及第二功能结构，所述第一功能结构的一端连接所述储能机构并与所述储能机构之间形成密闭真空空间，所述第一功能结构的另一端连接所述发电机构；

所述形变功能体通过所述第二功能结构连接所述第一功能结构当所述形变功能体膨胀变大时能够使第二功能结构带动所述第一功能结构运动并使得所述密闭真空空间体积变大；

当锁定机构处于解锁状态时在外部大气压的作用下驱使所述第一功能结构运动从而带动所述发电机构发电。

优选地，所述形变功能体采用吸热后可膨胀的材质；或者所述形变功能体内部填充有可膨胀的介质使得形变功能体发生膨胀。

优选地，所述储能机构包括蓄能壳体，所述锁定机构采用如下任一种结构：

包括触发体、锁紧件以及弹簧，所述蓄能壳体的内部具有锥形空间，弹簧的一端连接蓄能壳体并布置在所述锥形空间的大口端，弹簧的另一端连接所述锁紧件，所述第一功能结构穿过所述锥形空间且所述锁紧件、弹簧均沿所述第一功能结构的周向布置，当操作所述触发体时能够驱使锁紧件朝向所述大口端运动进而使第一功能结构处于解锁状态；在自然状态下所述弹簧在自身弹力的作用下能够驱使所述锁紧件朝向所述小口端运动进而使所述第一功能结构处于锁定状态；

所述蓄能壳体的内部具有隔板，所述第一功能结构采用驱动杆且所述蓄能壳体内部的一端具有密封端且所述密封端设置在所述隔板和蓄能壳体之间，所述密封端与蓄能壳体之间为密闭真空空间，所述密封端与所述隔板之间形成流体空间，所述流体空间内填充流体，所述隔板上具有流体通道且所述流体通道上设置有控制件，所述控制件具有自然状态和被控制状态，控制件在自然状态下允许密封端朝向隔板运动但不允许密封端背离隔板运动，控制件在被控制状态下，所述控制件允许外部流体通过所述流体通道进入到所述流体空间中。

优选地，控制件采用如下任一种结构；

可控单向阀；

控制件一端铰接在所述隔板或蓄能壳体上的密封板，其中，铰接处具有扭簧使得所述密封板在自然状态下密闭盖合在所述流体通道的端部并能够被调节进而朝向远离所述流体通道的端部运动。

优选地，所述流体通道连接有管道且控制件设置在所述管道上；

所述控制件能够被打开或关闭。

优选地，所述形变功能体为可吸热膨胀的实心弹性体结构；或者形变功能体的内部具有容纳空间，所述容纳空间内填充相变材料使得所述形变功能体由于所述相变材料的相变使得所述形变功能体张大或缩小。

优选地，所述形变功能体为可伸长缩短的波纹管结构。

优选地，所述容纳空间的内部具有电加热结构。

优选地，所述电加热结构采用如下任一种结构：

电加热丝；

感应线圈，所述形变功能体的外部设置有电磁感应线圈。

优选地，所述形变功能体的数量为一个或多个；

所述储能机构以及发电机构组成的发电结构组为一组或多组。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过设置形变功能体并依靠形变功能体在外部环境或内部环境改变时能够形变的特性实现真空储能，通过锁定机构状态的改变释放能量实现发电，结构简单，能量储存和释放受到外部环境影响小，不产生其他的垃圾，环境友好度好。

2、本发明制造过程中均采用常规的材料制作，且部件少，成本低。

3、本发明操作方便，通过进一步的改进，有助于实现自动化和远程管理。

4、本发明具有低噪音的特点。

5、本发明在能量释放过程中具有更加稳定的能量释放性能，相比其他储能具有更加稳定的能量释放优势。

6、本发明通过进一步的改进可作为为定点使用或制作为便携式的储能设备，更具有使用的广度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中实施例2的结构示意图；

图3为本发明中实施例2中锁定机构的结构示意图；

图4为实施例3中锁定机构的结构示意图，其中，密封端朝向隔板运动，控制件处于打开状态；

图5为实施例3中锁定机构的结构示意图，其中，密封端背离隔板运动，控制件关闭，左侧的叉号表示向左运动不被允许；

图6为实施例3中锁定机构的结构示意图，其中，流体通道连接有管道；

图7为本发明中实施例3的结构示意图，其中，形变功能体具有波纹管；

图8为本发明中实施例4的结构示意图，其中，形变功能体内部采用电加热丝加热；

图9为本发明中实施例5的结构示意图，其中，形变功能体内部采用感应线圈；

图10为本发明中实施例6的结构示意图，其中，具有两个形变功能体，形变功能体的外形处于缩小状态；

图11为本发明中实施例6的结构示意图，其中，具有两个形变功能体，形变功能体的外形处于张大状态；

图12为本发明中实施例7的结构示意图，其中，具有一个形变功能体和两个锁定机构，形变功能体的外形处于缩小状态；

图13为本发明中实施例7的结构示意图，其中，具有一个形变功能体和两个锁定机构，形变功能体的外形处于张大状态；

图14为本发明中实施例7的结构示意图，其中，具有一个形变功能体和两个锁定机构，形变功能体的外形又回到缩小状态。

图中示出：

形变功能体1 触发体41

传动体2 锁紧件42

储能机构3 弹簧43

锁定机构4 锥形空间44

发电机构5 隔板45

密闭真空空间6 流体通道46

电加热丝11 控制件47

感应线圈12 流体空间48

电磁感应线圈13 管道49

支撑限位体14 太阳光001

波纹管15 反射镜002

相变材料16 第一功能结构101

密封板17 第二功能结构102

蓄能壳体31 密封端103

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：

本发明提供了一种稳态非稳态能量的储存发电一体化装置，如图1所示，包括形变功能体1、传动体2、储能机构3、锁定机构4以及发电机构5，传动体2具有第一功能结构101以及第二功能结构102，第一功能结构101的一端连接储能机构3并与储能机构3之间形成密闭真空空间6，第一功能结构的另一端连接发电机构5。

进一步地，形变功能体1通过第二功能结构102连接第一功能结构101且在形变功能体1由于外部能量的输入或自身的能量的释放使得自身膨胀从而能够使第二功能结构102带动第一功能结构101运动并使得密闭真空空间6体积变大，储能机构3包括蓄能壳体31，锁定机构4优选安装在蓄能壳体31上，当锁定机构4处于解锁状态时在外部大气压的作用下驱使第一功能结构运动从而带动发电机构5发电。具体地，密闭真空空间6内部为真空环境，当密闭真空空间6的体积通过拉动第一功能结构101变大后外界大气压与密闭真空空间6内部的负压环境形成压力差，相当于密闭真空空间6内部存储有大气势能，当锁定机构4解除对第一功能结构101的锁定后在外部大气压力的作用下第一功能结构101被推动进而使得密闭真空空间6内部存储有大气势能被释放。

更进一步地，发电机构5优选为发电机，在大气势能被释放的过程中，第一功能结构101能够带动发电机发电，第一功能结构101与发电机之间的传动结构可根据实际的场景进行设定，如采用齿条齿轮组传动、涡轮蜗杆传动、滚珠丝杠传动副、摩擦驱动等，在设计时应考虑实际发电的需求，需要注意的是，第一功能结构101朝向发电机运动实现发电，第一功能结构101背向发电机运动时，发电机不能干涉第一功能结构101的运动，可在连接结构上进行设计，以满足实际产品的需求，此处不再赘述。

具体地，形变功能体1的膨胀在实际应用中具有多种情形，形变功能体1采用吸热后可膨胀的材质(例如孔隙充填膨胀材质、发泡材料等)，膨胀为形变功能体1自身膨胀；或者所述形变功能体1内部填充有可膨胀的介质，内部的介质发生膨胀使得形变功能体1发生膨胀，提供热量的能量可为自然界的能量，也可人为设定的结构产生的能量，例如，形变功能体1为可吸热膨胀的实心弹性体结构，例如采用具有吸热功能的弹性橡胶球体，当太阳光001直接照射形变功能体1或太阳光001通过反射镜002反射的光线照射形变功能体1时，形变功能体1由于吸收光线的热量自身发生膨胀。再如，形变功能体1的内部具有容纳空间，容纳空间内填充相变材料16使得形变功能体1由于相变材料16的吸热(如利用太阳光辐射热量的吸收加热)相变使得形变功能体1张大或缩小，如容纳空间中填充有水以及电加热丝11，通过给电加热丝11通电即可改变水的状态，实现水变成水蒸气体(另外如液态氢到气)体积的变化，进而能够使得形变功能体1发生体积变化进而输出膨胀变化产生的能量。

在实际应用中，锁定机构4可以采用多种结构形式，以满足实际产品的需求。形变功能体1的数量也可根据实际的应用场景灵活设置，为一个或多个，储能机构3以及发电机构5组成的发电结构组也可根据实际的应用场景设置为一组或多组，以使得能量的收集最大化，提高能量的收集效率，满足个性化的需求。

实施例2：

本实施例为实施例1的一个优选例。

本实施例中，如图2所示，形变功能体1为具有吸热功能的弹性橡胶球体，通过太阳光001直接照射形变功能体1，形变功能体1由于吸收太阳光的热量自身发生膨胀，膨胀的位移向两侧延伸使得两侧，形变功能体1体积膨胀时能够推动第二功能结构102带动第一功能结构101运动并使得密闭真空空间6体积变大，本实施例中的发电结构组设置两组，当形变功能体1体积变大时两组发电结构组中的储能机构3能够同时进行能量存储。

本实施例中，锁定机构4包括触发体41、锁紧件42以及弹簧43，如图3所示，蓄能壳体31的内部具有锥形空间44，弹簧43的一端连接蓄能壳体31并布置在锥形空间44的大口端，弹簧43的另一端连接锁紧件42，第一功能结构101穿过锥形空间44且锁紧件42、弹簧43均沿第一功能结构101的周向布置，当操作触发体41时能够驱使锁紧件42朝向大口端运动进而使第一功能结构101处于解锁状态；在自然状态下弹簧43在自身弹力的作用下能够驱使锁紧件42朝向小口端运动进而使第一功能结构101处于锁定状态。

本实施例中的触发体41可采用转动杆转动实现锁紧件42的驱动，也可采用按钮结构等其他能够实现的结构形式，锁紧件42可采用钢珠，如圆形、圆柱形楔形块等结构。

实施例3：

本实施例为实施例1的另一个优选例。

本实施例中，形变功能体1为可伸长缩短的波纹管结构，形变功能体1包括支撑限位体14、波纹管15，波纹管15布置在支撑限位体14的内部且波纹管15沿轴向方向伸长或缩短时沿支撑限位体14的内壁滑动，如图7所示，波纹管15的两端为封闭端且分别连接两个第二功能结构102，图7中的虚线位置为波纹管15膨胀后的状态，当波纹管15再缩回到实线位置时与第二功能结构102相分离，当负压能释放完毕后第二功能结构102又朝向波纹管15运动再次接触波纹管15。

具体地，波纹管15的内部具有容纳空间，容纳空间的内部填充相变材料16且容纳空间的内部具有电加热结构，本实施例中的相变材料16选择水，电加热结构为电加热丝11。

进一步地，当电加热丝11通电加热时波纹管15内部的相变材料16相变膨胀进而使得波纹管15做伸长运动实现第二功能结构102被推动进而实现能量的收集。

需要说明的是，本实施例中的蓄能壳体31中设置有密封板17，密封板17设置在蓄能壳体31的前端，密封板17与密封端103之间为密闭真空空间6，密闭真空空间6位于蓄能壳体31的前端，如图7所示，也能够实现本发明中能量储存和释放的效果。

本实施例中的锁定机构4采用流体和隔板45、控制件47相配合的结构。蓄能壳体31的内部具有隔板45，第一功能结构101采用驱动杆，蓄能壳体31内部的一端具有密封端103且密封端103设置在隔板45和蓄能壳体31之间，密封端103与蓄能壳体31之间为密闭真空空间6，密封端103与隔板45之间形成流体空间48，流体空间48内填充流体，流体可以采用多种介质，优选为水，隔板45上具有流体通道46且流体通道46上设置有控制件47，控制件47允许密封端103朝向隔板45运动但不允许密封端103背离隔板45运动，如图4所示，为密封端103朝向隔板45运动时的结构图，控制件47被流体的推力推开进而使得流体通过流体通道46向外流动，图5所示为密封端103背离隔板45运动时的结构图，此时由于密封端103存在的运动趋势使得控制件47被紧紧的盖合在流体通道46上而使得密封端103的运动被限制，在图5中的情形，控制件47能够被调节进而允许外部流体通过流体通道46进入到流体空间48中，例如通过人为操作的方式实现控制件47的转到打开流体通道46，实现流体流动。

本实施例中，控制件47可采用多种结构形式，所述控制件(47)具有自然状态和被控制状态，控制件(47)在自然状态下允许密封端(103)朝向隔板(45)运动但不允许密封端(103)背离隔板(45)运动，控制件(47)在被控制状态下，所述控制件(47)允许外部流体通过所述流体通道(46)进入到所述流体空间(48)中。

例如采用可控单向阀，实现在自然状态下流体空间48中的流体可通过流体通道46流出，但不能反向流入，在人为控制下，流体可反向流入，再例如控制件47采用一端铰接在隔板45或铰接在蓄能壳体31上的密封板，其中，铰接处具有扭簧使得密封板在自然状态下密闭盖合在流体通道46的端部，同时在进行操作时，密封板能够被调节到朝向远离流体通道46的端部运动，使得密封板被打开，流体可通过流体通道。

本实施例中锁定机构4可进行局部的变形，如图6所示，流体通道46连接有管道49且控制件47设置在管道49上，通过控制控制件47打开或关闭，实现第一功能结构101运动的控制，其中，本实施例中的控制件47可采用控制阀，与控制单元设置连锁实现自动控制，与能量的收集与释放配合。

实施例4：

本实施例为实施例1的一个变化例。

本实施例中，如图8所示，形变功能体1的内部填充有水，采用电阻丝11加热，通过给电阻丝11通电或断电实现形变功能体1外形的张大或缩回。

实施例5：

本实施例为实施例1的另一个变化例。

本实施例中，电加热结构采用感应线圈12，形变功能体1的外部设置有电磁感应线圈13，如图9所示，通过对电磁感应线圈13通电产生电磁场进而使得布置在形变功能体1内部的感应线圈12产生感应电流的方式实现实现内部的电加热，也能够实现形变功能体1体积的变化。

实施例6：

本实施例为实施例1的又一个变化例。

本实施例中，采用两个形变功能体1，内部采用电阻丝11加热，第二功能结构102采用传动框，图10到图11为形变功能体1从小体积到膨胀为大体积的能量储存过程。

实施例7：

本实施例为实施例1的再一个变化例。

本实施例中，如图12所示，采用一个形变功能体1，内部采用电阻丝11加热，第二功能结构102采用传动框，采用串联布置的两个锁定机构4，图12到图13为形变功能体1从小体积到膨胀为大体积的能量储存过程，其中，两个锁定机构4均处于锁定状态的情况下即可实现能量的储存。

图13到图14为形变功能体1从大体积到缩小为小体积的变化过程中，右边的锁定机构4在不解锁的状态下形变功能体1通过第二功能结构102带动右边的锁定机构4即可沿第一功能结构101滑动运动到图14的状态。

需要说明的是，当形变功能体1从大体积到缩小为小体积的变化过程中带动第二功能结构102运动与储能机构3释放能量同时进行且第一功能结构101、第二功能结构102同步运动时，只需左侧的锁定机构4解锁，右侧的锁定机构可不解锁也可实现。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“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申请和简化描述，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申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。