CN101826814B - 铁轨压力发电系统 - Google Patents

Abstract

一种铁轨压力发电系统，它利用列车运行时靠自身重量压迫铺设在铁轨下面的发电模块不断地发电，再经电能储存，变电、输电系统供给列车应用，甚至与市电联网，发电模块由多层压电材料叠加组成，并与减震弹簧、上外壳、基座组成发电单体，发电单体安装在每两根枕木的空档之间及两根铁轨的下面，固定在地基上，发电模块所发出的电能同时接入到蓄电池组和平滑电力电容器组、直流输配电系统和直-交逆变系统；模块的安装、维修和拆卸不会影响到列车的正常运行，该发电技术利用了铁路已有的路面而不占用额外的土地资源，是一种无环境污染、安全性高、不分日昼、不受地区、气候、季节限制、不间断发电的新型发电技术，若全国铁路采用本发电技术，其发电量将超过若干水电、火电、太阳能、风电的发电量。

Description

铁轨压力发电系统

技术领域

本发明涉及一种发电系统，尤其涉及一种铁轨压力发电系统。

背景技术

现在的发电技术，不外以火力发电、水力发电、原子能发电为主的技术。但火力发电以燃油、煤为主，经长期过度开采已经日益枯竭，这种不可再生性能源越来越给世界带来了能源危机。据称，再过20年左右，世界的石油储存量即将消耗殆尽，特别是对于石油依赖最大的美国，越来越感到其经济的发展将随着石油的枯竭而造成灾难性的后果。新任美国奥巴马总统一上台，就把新能源的开发和应用当作国家能源的头等大事。中国与世界其他国家一样概莫能外。

近几年新能源如太阳能发电、风能发电、潮汐发电以及水分解成为氢、氧作能源等等，这类大自然中取之不尽、用之不竭的新能源技术如雨后春笋般不断涌现，并已经进入了实用阶段。

但以上新能源都有局限性。比如：太阳能对于日照强的国家和地区效果非常有效，对于日照不多的国家和地区就效果不大，并且受到白天、晚上、季节、气候的诸多影响；风能受地区、季节和气候的影响就更大；潮汐发电，只有沿海地区有效，而内陆大部分地区就毫无办法了！地球有70％的海洋，如果将其中的氢和氧分解，就是地球上最巨大的能源，其拥有量将远远超过石油和煤。然而，水的分解并非容易，它的分解本身就要消耗巨大的能源，而且氢、氧又是最容易燃烧和爆炸的气体，体积又大，储存不易。前几年，有采用分解水，用其中的氢或氧气作为燃料的动力汽车的试验已经成功，但要使水作为世界能源是近几十年甚至更长的时间都难以实现的。

本发明将提供一种新型、实用的发电技术，它不受地区、气候、季节限制。

大自然本身就有这类受到压力而发电的物质，即所谓“压电材料”。压电材料已经在电子技术领域开始得到应用，只不过其用途还仅仅局限在一个小小的范围。如果将其放大、组合与集成，成为规模能源，使其成为国家能源，乃至世界能源，也不是不可能的。

发明内容

一种铁轨压力发电系统，它利用列车运行时靠自身重量压迫铺设在铁轨下面的发电模块不断地发电，再经电能储存，变电、输电系统供给列车应用，甚至与市电联网，发电模块由多层压电材料叠加组成，并与减震弹簧、上外壳、基座组成发电单体，发电单体安装在每两根枕木的空档之间及两根铁轨的下面，固定在地基上，发电模块所发出的电能同时接入到蓄电池组和平滑电力电容器组、直流输配电系统和直-交逆变系统；模块的安装、维修和拆卸不会影响到列车的正常运行，该发电技术利用了铁路已有的路面而不占用额外的土地资源，是一种无环境污染、安全性高、不分日昼、不受地区、气候、季节限制、不间断发电的新型发电技术。

本发明的技术方案是：

1、用多层压电材料重叠在一起，它们之间相互串联或并联相接，以提高发电电压和电流。多层压电材料的上、下面有固定的夹板，上夹板下面有减震弹簧作为压力缓冲，保护压电材料；下夹板固定在基座上；多层压电材料安装在减震弹簧和下夹板之间，线路上有防雷保护电路、过压保护、过流保护电路，和LED发光二极管显示是否工作正常的监控电路；多层压电材料的电力输出引线穿出外壳输送出去。

2、上外壳与铁轨的下端面接触，基座固定在地基的面上，上、下外壳之间有一间隙，由于多层压电材料上面的减震弹簧使间隙始终保持在一个相对固定的间隙尺寸，列车的正常压力不会使间隙闭合；只有当列车压力异常或突发过压力时这一间隙才闭合，以限制更大的压力损坏壳内的压电材料，从而保护了压电材料及其内部电气线路。上外壳包含并盖住下面的基座，以防止雨渗入壳内。

3、多层压电材料和外壳组合成一个发电单体，在两条铁轨的下面、每两根枕木之间各分别安装一个发电单体，两个发电单体根据具体系统的设计要求并联或者串联，然后所有枕木之间安装的发电单体的电力输出线全部并联为两根电力线，通过地下电缆送入中小车站的电力储存室。

4、和任何电气设备一样，都存在安装、维修、拆卸、更换的工作过程，为不影响列车日常的正常运行，a)发电单体不直接安装在铁轨与下面的枕木之间，而是安装在两根枕木的空挡之间，这样，安装、更换单体时不会变动铁轨和枕木的位置及固定连接部件，并且单体安装在两根枕木之间相当于在轨道中间加上一个第三支点，于轨道的支撑稳定和列车的平稳运行更为有利；b)在发电单体的基座与地基基础面之间，插入一对楔型插销，安装时用螺栓把单体、楔形插销一起固定在基础上；拆卸时松开螺栓，取出一对楔形插销即可卸下单体；c)或者在下外壳的下面再安装稳定缓冲弹簧，该弹簧受固定螺栓控制，可以上下调节弹簧的受压、放开高度尺寸，当弹簧尺寸调小时，可以平移地推进、拆卸发电单体，而放松弹簧及其尺寸时，单体即抬高与轨道啮合，拆卸、安装极为方便，而且该弹簧又进一步减缓了轨道在列车经过时对单体的冲击，保护单体。

5、防噪声装置：在铁轨与单体的上外壳之间加垫一减震防噪声薄型垫片，因为铁轨与上外壳之间总有可能存在间隙，当几十吨重的列车车厢经过时将随时会产生剧烈的打击、发出极强的噪声，垫片将大大减缓打击、降低噪声的发生。

多问题，都会一个个得以突破。

5、标准化。为了实现产业化，批量化，必须制定铁轨压力发电模块、设备及系统的新标准，中国率先制定自己国内的新标准，然后作为世界该技术领域的国际新标准。

附图说明：

图1是铁轨压力发电模块图，其中，1——发电模块，3——压电材料，4——隔离层，5——连线，6——引出线；

图2是压电发电单体正剖面图，其中，1——发电模块，2——发电单体，7-1——上夹板，7-2——中夹板，7-3——下夹板，8——减震弹簧，9——减震防噪声垫片，10——上外壳，11——基座，12——铁轨，13——螺栓，14——楔形插销，15——限位间隙，16——地基，19——压块。

图3是发电单体的侧视图，其中，1——发电模块，7-1——上夹板，7-2——中夹板，7-3——下夹板，8——减震弹簧，10——上外壳，11——基座，18——保护、显示电路，5——连线。

图4是发电单体与铁轨安装的正截面图，其中，1——发电模块，2——发电单体，12——铁轨，16——地基，17——枕木；

图5是发电单体与铁轨安装的俯视图，其中，2——发电单体，12——铁轨，17——枕木；

图6是发电模块的保护、显示电路图，其中，1——发电模块，20——过压、防雷保护器，21——隔离二极管，22——发光二极管，23——保护二极管，24——限流电阻，25——输出线，40——地线，18——保护、显示电路。

图7是铁轨压力发电系统集成示意图，其中，1——发电模块，26——电缆通道，27——蓄电池组，28——平滑电力电容器组，29——直流配电系统，30——直-交逆变电源系统，31——直流输电系统，32——交流输电系统，40——地线。

具体实施方式：

图1中，将多层压电材料(3)重叠在一起，层与层之间均有隔离层(4)隔离，层与层之间由连线(5)连接，并由引出线(6)引出，它们组合成为一个发电模块(1)。

图2中，发电模块(1)安装在中夹板(7-2)和下夹板(7-3)之间，减震弹簧(8)安装在中夹板(7-2)与上夹板(7-1)之间，下夹板(7-3)固定在基座(11)上；上外壳(10)罩住整个发电模块(1)、减震弹簧(8)和保护、显示电路(18)，以防止雨水渗入壳内。

上外壳(10)与基座(11)之间有一限位间隙(15)，一般列车在正常压力下不会使间隙闭合，只有当列车压力异常或突发过压力时这一间隙才闭合，以限制更大的压力损坏壳内的压电材料，从而保护了压电材料及其内部电气线路。

发电模块(1)、减震弹簧(8)、上夹板(7-1)、中夹板(7-2)、下夹板(7-3)、上外壳(10)、基座(11)组合成为一个发电单体(2)。

上外壳(10)与铁轨(12)的下端面接触，它们之间有一层减震防噪声垫片(9)，压块(19)使发电单体(2)固定在铁轨(12)上；基座(11)固定在地基(16)的上面。

在基座(11)的下面采用一对楔型插销(14)，插入基座(11)与地基(16)之间，安装时用螺栓(13)将基座(11)与地基(16)固定；拆卸时只要松开螺栓(13)，取出一对楔形插销(14)即可卸下发电单体(2)。

图3中，多只发电模块(1)并列排列在下夹板(7-3)上面，它们之间的连线(5)按照电气设计要求串联或者并联，使其达到通用电气标准电压；保护、显示电路(18)也安装在下夹板(7-3)上；减震弹簧(8)夹在中夹板(7-2)与上夹板(7-1))之间；上外壳(10)罩住整个发电模块(1)、减震弹簧(8)和保护、显示电路(18)。

图4中，在两根铁轨(12)的下面各安装一只发电单体(2)并固定在地基(16)之上。

图5的发电单体与铁轨安装的俯视图中，发电单体(2)安装在铁轨(12)的下面、两根枕木的空挡之间，与枕木(17)无接触。

图6发电模块的保护、显示电路(18)中，发电模块(1)的一端接地线(40)，另一端经隔离二极管(21)连接输出线(25)，发光二极管(22)与保护二极管(23)并联，再与限流电阻(24)串联之后，与发电模块(1)并联；输出线(25)与地线(40)之间并接有过压、防雷保护器(20)。

图7中，安装在铁轨下面的所有发电模块(1)的两端电气并联，并联的发电模块(1)一端接地线(40)，并联的发电模块(1)另一端通过电缆通道(26)同时接入到蓄电池组(27)和平滑电力电容器组(28)，再同时连接到直流配电系统(29)和直-交逆变电源系统(30)，之后，直流配电系统(29)送入到直流输电系统(31)，供铁路系统内部用；直-交逆变电源系统(30)送入到交流输电系统(32)，与市电联网。

Claims (3)

1.一种铁轨压力发电系统，它利用列车运行时靠自身重量压迫铺设在铁轨下面的发电模块不断地发出电能，然后储存电能，再经变电、输电系统供给列车应用，甚至与市电联网，其特征是：将多层压电材料(3)重叠在一起，层与层之间均有隔离层(4)隔离，层与层之间由连线(5)连接，并由引出线(6)引出，由此组合成一个发电模块(1)，

发电模块(1)安装在中夹板(7-2)和下夹板(7-3)之间，减震弹簧(8)安装在中夹板(7-2)与上夹板(7-1)之间，下夹板(7-3)固定在基座(11)上；上外壳(10)罩住整个发电模块(1)、减震弹簧(8)和保护、显示电路(18)，防止雨水渗入壳内，

发电模块(1)、减震弹簧(8)、上夹板(7-1)、中夹板(7-2)、下夹板(7-3)、上外壳(10)、基座(11)组合成为一个发电单体(2)，

发电单体(2)的上外壳(10)与铁轨(12)的下端面接触，它们之间有一层减震防噪声垫片(9)，压块(19)使发电单体(2)固定在铁轨(12)上；发电单体(2)的基座(11)固定在地基(16)的上面，

发电单体(2)的上外壳(10)与基座(11)之间有一限位间隙(15)，

发电单体(2)的基座(11)的下面采用一对楔型插销(14)，插入基座(11)与地基(16)之间，安装时用螺栓(13)将基座(11)与地基(16)固定；拆卸时只要松开螺栓(13)，取出一对楔形插销(14)即可卸下发电单体(2)，

在每两根枕木(17)的空档之间、两根铁轨(12)的下面各安装一只发电单体(2)，并固定在地基(16)之上，发电单体(2)与枕木(17)无接触，

安装在铁轨下面的所有发电模块(1)的两端电气上并联，并联的发电模块(1)一端接地线(40)，并联的发电模块(1)另一端通过电缆通道(26)同时接入到蓄电池组(27)和平滑电力电容器组(28)，再同时连接到直流配电系统(29)和直-交逆变电源系统(30)，之后，直流配电系统(29)送入到直流输电系统(31)，供铁路系统内部用；直-交逆变电源系统(30)送入到交流输电系统(32)，与市电联网。

2.根据权利要求1所述的铁轨压力发电系统，其特征是：在发电单体(2)的内部，多只发电模块(1)并列排列在下夹板(7-3)上面，它们之间的连线(5)按照电气设计要求串联或者并联。

3.根据权利要求1所述的铁轨压力发电系统，其特征是：发电模块的保护、显示电路(18)为：发电模块(1)的一端接地线(40)，另一端经隔离二极管(21)连接输出线(25)，发光二极管(22)与保护二极管(23)并联，再与限流电阻(24)串联之后，与发电模块(1)并联；输出线(25)与地线(40)之间并接有过压、防雷保护器(20)。

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