阅读说明：本技术 一种发电装置、系统及方法 (Power generation device, system and method ) 是由 何运成 黄斌聪 傅继阳 刘爱荣 于 2020-06-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种发电装置、系统及方法,本发明通过质量块接收外部的振动而产生振动时,使得弹性件形变,对第一液体进行挤压,打开第一单向阀使得第一液体流入第一通道使发电设备发电,且打开第二单向阀使得第一液体流入第一箱体,并使第二液体流入第二通道和振动箱体,形成一个循环；或者当质量块接收外部的振动而产生振动时,使得弹性件形变,对第一液体进行挤压,使第一液体流入第二通道和第一箱体,并打开第二单向阀,使第二液体流入第一通道使发电设备发电,且打开第一单向阀使第二液体流入振动箱体,形成一个循环,实现利用振动发电的功能,能源源不断地产生电能,利用产生的电能可以为用电设备进行供电,可广泛应用于电力技术领域。(The invention discloses a power generation device, a power generation system and a power generation method, wherein when a mass block receives external vibration and generates vibration, an elastic part is deformed to extrude first liquid, a first one-way valve is opened to enable the first liquid to flow into a first channel to enable power generation equipment to generate power, a second one-way valve is opened to enable the first liquid to flow into a first box body, and second liquid flows into a second channel and a vibration box body to form a cycle; or when the quality piece receives outside vibration and produces the vibration, make the elastic component deformation, extrude first liquid, make first liquid flow in second passageway and first box, and open the second check valve, make the second liquid flow in first passageway make the power generation facility electricity generation, and open first check valve and make the second liquid flow in the vibration box, form a circulation, realize the function that utilizes vibration electricity generation, the energy source constantly produces the electric energy, the electric energy that the utilization produced can supply power for the consumer, but wide application in electric power technology field.)

一种发电装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其是一种发电装置、系统及方法。

背景技术

桥梁作为一种重要的基础设施，其在交通运输及社会经济发展中发挥着越来越重要的作用。我国修建了大量形式各异的桥梁，包括小到跨街道的行人天桥，大到跨江海的大跨度桥梁。为了保证桥梁在运行时期的安全，现代桥梁大多配置了健康监测系统来实时掌握结构的健康状态。然而，传统基于线路供电的监测系统布置方式存在诸多不足，如通过电池对传感器节点进行供电，因此电池需定期更换，而由于传感器节点位于桥梁上，因此更换操作非常复杂，费事费力；同时，电池更换期间会导致监测系统不能连续工作，影响实时的数据采集。而由于桥梁在使用过程中不可避免地会产生振动，若能将桥梁振动产生的能量收集起来，进行转化后加以利用，将能解决上述问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种发电装置、系统及方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种发电装置，包括：

振动箱体，包括第一液体、质量块和弹性件，所述第一液***于所述弹性件下方，所述质量块与所述弹性件固定且位于所述弹性件上方，所述第一液体的水位高度高于所述弹性件在所述质量块振动的作用下向下凹陷的高度；

至少一第一箱体，所述第一箱体收容第二液体；

至少一第一通道，连通所述振动箱体和所述第一箱体，设置有至少一发电设备；

至少一第二通道，连通所述振动箱体和所述第一箱体；

至少一第一单向阀，设置于所述振动箱体与所述第一通道之间；

至少一第二单向阀，设置于所述第一通道与所述第一箱体之间；

其中所述第一单向阀的导通方向和所述第二单向阀的导通方向相同。

进一步，打开所述第一单向阀需要的压力小于所述质量块向下振动时所述第一单向阀受到的压力。

进一步，打开所述第二单向阀需要的压力小于所述第一通道充满所述第一液体时所述第二单向阀受到的压力。

进一步，所述第二通道设置有所述发电设备，所述第二通道与所述第一箱体之间设置有第三单向阀，所述第三单向阀的导通方向与所述第一单向阀的导通方向相反，所述第二液体的水位高度高于或等于所述第三单向阀的高度。

进一步，打开所述第三单向阀需要的压力小于所述第二单向阀打开时所述第三单向阀受到的压力。

进一步，还包括第四单向阀，所述第四单向阀设置于所述第二通道与所述振动箱体之间，所述第四单向阀的导通方向与所述第三单向阀的导通方向相同。

进一步，所述质量块向上振动时，所述振动箱体与所述第二通道之间的压力差大于打开所述第四单向阀需要的压力。

进一步，当所述质量块向下振动时流入所述第一通道的所述第一液体的体积大于所述第一通道的体积。

本发明还提供一种系统，包括所述发电装置、储能装置和用电设备，所述储能装置连接所述发电设备和所述用电设备。

本发明还提供一种方法，应用于所述发电装置，包括以下步骤：

当所述质量块向下振动，使得所述弹性件向下变形，挤压所述第一液体，使得所述第一单向阀打开，所述第一液体流入所述第一通道使所述发电设备发电；

当所述第一液体充满所述第一通道，打开所述第二单向阀使得所述第一液体流入所述第一箱体，并使所述第二液体流入所述第二通道和所述振动箱体；

或者，

当所述质量块向下振动，使得所述弹性件向下变形，挤压所述第一液体，使得所述第一液体通过所述第二通道进入所述第一箱体，使得所述第二单向阀打开，所述第二液体流入所述第一通道使所述发电设备发电，并使所述第一单向阀打开，使所述第二液体流入所述振动箱体。

本发明的有益效果是：当质量块接收外部的振动而产生振动时，使得弹性件形变，对第一液体进行挤压，从而打开第一单向阀使得第一液体流入第一通道使发电设备发电，且打开第二单向阀使得第一液体流入第一箱体，并使第二液体流入第二通道和振动箱体，形成一个循环；或者当质量块接收外部的振动而产生振动时，使得弹性件形变，对第一液体进行挤压，使得第一液体流入第二通道和第一箱体，并打开第二单向阀，使第二液体流入第一通道使发电设备发电，且打开第一单向阀使得第二液体流入振动箱体，形成一个循环，实现利用振动发电的功能，能源源不断地产生电能，从而能够利用产生的电能为用电设备进行长时间的供电。

附图说明

图1为本发明一种发电装置的结构示意图；

图2为具体实施例单向阀的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本实施例中提高的高度指的是上下方向的高度。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步解释和说明。

参照图1，本发明实施例提供了一种发电装置，包括振动箱体1、两个第一箱体2、两条第一通道3、两条第二通道4、两个第一单向阀5、两个第二单向阀6、两个第三单向阀7、两个第四单向阀8。在其他实施例中，第一箱体2、第一通道3、第二通道4、第一单向阀5、第二单向阀6、第三单向阀7、第四单向阀8的数量可以根据需求设置，可以为一个或两个以上。可选地，发电装置可以安装于桥梁，或安装于可以接收到桥梁的振动的地方。

参照图1，在本实施例中，振动箱体1包括第一液体11、质量块12和弹性件13，第一液体11位于弹性件13下方，质量块12位于弹性件13上方，质量块12与弹性件13固定，弹性件13密封覆盖振动箱体1的顶部。当振动箱体1收到外界激励(包括当不限于振动)时，质量块12将产生振动(向上或向下)，而当质量块12向下振动时，弹性件13会从初始状态进一步向下凹陷，使得振动箱体1内部的第一液体11受到挤压，其中初始状态指的是质量块12处于静止状态时弹性件13所在的位置，此时弹性件13在上下方向上具有初始高度，第一液体11的水位高度高于或等于初始高度，即能够保证第一液体11的水位高度要高于弹性件13在质量块12振动的作用下向下凹陷的高度，可选地弹性件13的高度指的是弹性件13最低点的所在的高度H。

可选地，第一液体11为水或者其他压缩性可忽略不计的低粘性的液体代替，包括但不限于包含水的混合物。可以理解的是，发电装置的体积及质量块12的质量与体积能够根据使用环境进行调整，例如根据安装的位置、空间与振动源的振动频率范围等。例如当发电装置使用于桥梁工程时，可根据桥面的振动频率范围及当地风荷载的风速来合理设计，使得质量块12能够在所处环境一般激励条件下尽可能振动。可选地，质量块12由耐蚀铸铁等质量密度大且耐腐蚀的材料制作而成。可选地，弹性件13可以设置为薄膜的形状，可以选用耐腐蚀性能好的弹性材料制成，包括但不限于硅橡胶材料、聚酯弹性体、丙烯基弹性体和乙烯基弹性体的其中一种或多种。

参照图1，在本实施例中，振动箱体1对应每一第一通道3具有一个第一开口14，对应每一第二通道4具有一第二开口15，第一开口14靠近振动箱体1底部设置，第二开口15的高度高于第一开口14的高度。在本实施例中，振动箱体1为呈倒圆台型，其他实施例中可以为其他形状，使得振动箱体1靠近第一通道3一侧的体积小于靠近质量块12一侧的体积，即振动箱体1顶部的体积大于设置有第一开口14部分的体积，能够增大第一液体11的受压缩体积，使得振动箱体1顶部的弹性件13在质量块12向下振动的作用下向下凹陷压缩第一液体11时，能够有更多的第一液体11通过第一开口14流入第一通道3。

参照图1，在本实施例中，第一箱体2收容有第二液体21，第一箱体2具有第三开口22和第四开口23。可选地，第二液体21与第一液体11相同均为水，在其他实施例中第二液体21可以与第一液体11不同。第四开口23的高度高于第三开口22的高度。可选地，第一箱体2充满第二液体21。

参照图1，在本实施例中，第一通道3设置于第一开口14与第三开口22之间，连通振动箱体1和第一箱体2，第一通道3中设置有若干发电设备9，发电设备9包括但不限于涡轮发电机或者其他能通过水流进行发电的发电装备，当第一液体11进入第一通道3时，能够带动涡轮发电机转动而发电；可以理解的是，发电设备9的数量可以根据第一通道3的体积进行调整。

参照图1，在本实施例中，第二通道4设置于第二开口15与第四开口23之间，连通振动箱体1和第一箱体2，第二通道4的高度高于第一通道3的高度，第二通道4中同样设置有若干发电设备9；在本实施例中，第四开口23的高度高于第二开口15的高度，第二通道4由第四开口23向第二开口15向下倾斜，使得从第四开口23流出的第二液体21水体能够受重力作用直接流向第二开口15，且该过程中发电设备9同样产生电能。

参照图1和图2，在本实施例中，第一单向阀5、第二单向阀6、第三单向阀7、第四单向阀8指的是单向导通的阀，可选地可以采用黄铜止水阀或其他能够实现单向导通功能的单向阀，如图2所示，单向阀具有第一端A、第二端B、挡板C以及弹簧D，单向导通指的是物质(例如第一液体11和第二液体21)只能由第一端A进入第二端B中，且当满足打开单向阀所需要的压力(即打开挡板C所需要的力)时，物质(例如第一液体11和第二液体21)才能由第一端A进入第二端B中，即挡板C在第一端A受到的力要大于第二端B受到的力；且当单向阀处于打开的状态下，不满足打开单向阀所需要的压力，那么在弹簧D的作用下会使得挡板C返回原来位置，即关闭单向阀。而在本实施例中，第一单向阀5、第二单向阀6、第三单向阀7、第四单向阀8可以根据实际情况设置具有不同弹性系数的弹簧D，以分别控制打开第一单向阀5、第二单向阀6、第三单向阀7和第四单向阀8所需要的不同的压力。

参照图1，在本实施例中，第一单向阀5的导通方向和第二单向阀6的导通方向相同，此导通方向指的是由振动箱体1向第一箱体2方向单向导通，即使得第一液体11能够由振动箱体1流向第一箱体2的方向；第三单向阀7的导通方向和第四单向阀8的导通方向相同，此导通方向指的是由第一箱体2向振动箱体1方向单向导通，即使得第二液体21能够由第一箱体2流向振动箱体1的方向。其中，第一液体11包括但不限于某一时刻位于振动箱体1和第一通道3内的液体，第二液体21包括但不限于某一时刻位于第一箱体2和第二通道4内的液体。例如，一开始时，第一液体11为E液体，第二液体21为F液体，当发电装置运行一段时间后，一开始位于振动箱体1的E液体进入第一通道3中和第一箱体2中，一开始位于第一箱体2的F液体进入第二通道4中和振动箱体1中，那么此时第一液体11包含E液体和F液体，第二液体21也包含E液体和F液体。

参照图1，在本实施例中，第一单向阀5设置于第一开口14，位于振动箱体1与第一通道3之间，打开第一单向阀5需要的压力设置为小于质量块12向下振动时第一单向阀5受到的压力(即质量块12向下振动导致弹性件13向下凹陷而压缩第一液体11时第一单向阀5靠近第一开口14一侧所受到的压力)，由此使得当质量块12向下振动时，第一单向阀5被打开。

参照图1，在本实施例中，第二单向阀6设置于第三开口22，位于第一箱体2与第一通道3之间，打开第二单向阀6需要的压力设置为小于第一通道3充满第一液体11时第二单向阀6受到的压力(即第一通道3充满第一液体11时第二单向阀6靠近第一通道3一侧受到的压力)，而打开第二单向阀6需要的压力即克服弹簧D弹力和第二液体21对第二单向阀6的压力之和所需要的力；通过上述设置，使得当第一液体11充满第一通道3时，第二单向阀6被打开。可选地，第二单向阀6和第三开口22可以设置在第一箱体2的中部。

参照图1，在本实施例中，第三单向阀7设置于第四开口23，位于第一箱体2与第二通道4之间，第二液体21的水位高度设置为高于或等于第三单向阀7的高度，第二液体21的水位高度高于或等于第四开口23的高度。打开第三单向阀7需要的压力设置为小于第二单向阀6打开时第三单向阀7受到的压力(即第三单向阀7靠近第一箱体2一侧受到的压力，可选地为第一箱体2充满第二液体21时第三单向阀7靠近第一箱体2一侧受到的压力)，因此使得当第二单向阀6被打开，第一液体11从第一通道3流入第一箱体2的同时第三单向阀7被打开(例如第一箱体2事先充满第二液体21时)，或者当第二单向阀6被打开，第一液体11从第一通道3流入第一箱体2的一定时间后(例如第一箱体2事先未充满第二液体21时)，第三单向阀7被打开。

参照图1，在本实施例中，第四单向阀8设置于第二开口15，位于振动箱体1与第二通道4之间。当质量块12向上振动而使得弹性件13向上变形而恢复初始状态时，振动箱体1与第二通道4之间的压力差大于打开第四单向阀8需要的压力；由此，当质量块12向上振动时，使得振动箱体1内部的第一液体11的流出导致的振动箱体1与第二通道4的压力差能够打开第四单向阀8，使第二通道4内的第二液体21流入振动箱体1中。

参照图1，可以理解的是，振动箱体1、第一通道3、第二通道4和第一箱体2的体积可以根据实际需要进行调整，使得当质量快向下振动时，流入所有第一通道3的第一液体11的体积大于所有第一通道3的体积之和，并使得第二液体21能通过第二通道4流入振动箱体1内。

参照图1，可选地，在初始状态，第一液体11充满振动箱体1，第一箱体2充满第二液体21，第一通道3和第二通道4均没有液体。

参照图1，下面详细描述发电装置的具体工作过程：当质量块12向下振动使得弹性件13向下形变时，对第一液体11进行挤压，使得第一单向阀5被打开，第一液体11通过第一开口14流入第一通道3，使得第一通道3内的发电设备9发电，当第一通道3充满第一液体11时，第二单向阀6被打开，使得第一液体11通过第三开口22从第一通道3流入第一箱体2中，从而使得第三单向阀7被打开，第二液体21通过第四开口23从第一箱体2流入第二通道4中，使得第二通道4内的发电设备9发电；而当质量块12向上振动而使得弹性件13恢复初始状态时，由于振动箱体1内部的第一液体11的流出导致的振动箱体1与第二通道4存在的压力差使得第四单向阀8被打开，使得第二液体21通过第二开口15从第二通道4流入振动箱体1。

基于上述发电装置的设置，构成一循环回流的系统，循环使用振动箱体1和第一箱体2内部的第一液体11和第二液体21，而无需外界补充，将上述发电装置固定于桥梁的桥面下部，能够利用桥梁在使用过程中的反复上下振动，而使得质量块12同样产生上下振动，即使得质量块12长时间保持振动状态，进而带动第一通道3和第二通道4内的发电设备9能长时间高效率工作，并源源不断地产生可观的电能。

在其他实施例中，第一通道、第一单向阀、第二单向阀构成的组合可以与第二通道、第三单向阀、第四单向阀构成的组合的位置交换。第二通道可以不设置发电设备，或者第一单向阀和第二单向阀为由第一箱体向振动箱体方向单向导通，第三单向阀和第四单向阀为由振动箱体向第一箱体方向单向导通。此时，当质量块向下振动，使第一液体收到挤压时打开第四单向阀，使第一液体经过第二通道，但第二通道充满第一液体时，第三单向阀被打开，从而使得第二单向阀被打开，当第一通道充满第二液体时或者当质量块向上振动时由于振动箱体与第一通道存在的压力差导致第一单向阀被打开。可选地，第一开口设置于振动箱体底部与第二通道的高度之间的某一高度的位置。

在其他实施例中，第二通道4可以不设置发电设备9，或者不设置第四单向阀8。

在其他实施例中，可以在保留第一通道3的基础上，使得在第四开口23和第二开口15接近，即第二通道4可以看作为长度可以忽略的通道(开口)，可选地在一些实施例还可以不设置第四单向阀8和/或第三单向阀7。

本方案还提供一种系统，包括上述的发电装置、储能装置和用电设备，储能装置连接发电设备9和用电设备。

可选地，储能设置包括但不限于蓄电池和超级电容，通过整流元件连接发电设备9，用于收集发电设备9产生的电能。

可选地，用电设备包括但不限于无线传感器等设备。

本方案还提供一种方法，应用于上述发电装置，包括以下步骤：

当质量块12向下振动，使得弹性件13向下变形，挤压第一液体11，使得第一单向阀5打开，第一液体11流入第一通道3使发电设备9发电；

当第一液体11充满第一通道3，打开第二单向阀6使得第一液体11流入第一箱体2，并使第二液体21流入第二通道4和振动箱体1；

或者，

当质量块12向下振动，使得弹性件13向下变形，挤压第一液体11，使得第一液体11通过第二通道4进入第一箱体2，使得第二单向阀6打开，第二液体21流入第一通道3使发电设备9发电，并使第一单向阀5打开，使第二液体21流入振动箱体1。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。