CN103352816A - 交通道路上多模式能量采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种交通道路上多模式能量采集系统，其特征在于：所述的系统包括压力冲击力能量的采集块、震动能量的采集块、路面热辐射能量的采集块、气流能量的采集块、温差能量的采集块、道路排水能量的采集块、噪声能量的采集块、地毯式压力能量的采集块、定子、动子直线发电机模式的能量采集块、风力和光伏能量采集块，所述的每个采集块分别转化产生电能。所述系统还包括配置系统构成整个能量采集、处理、应用系统。实现了交通路上的车辆要消耗大量的能源回收及道路环境配置状态能源采集回收，从而实现节约能源、开发新能源、利用和转化，有效的实现了多系统归集成一体的多模式能量采集系统。

Description

交通道路上多模式能量采集系统

技术领域

本发明涉及一种回收能量采集系统，尤其是一种交通道路上多模式能量采集系统，是一种交通道路上利用车辆运动产生的动能和一些其配置的环境产生的自然能量，运用现代技术手段对这些能量进行再回收、转换利用为电能的采集系统。

背景技术

随着科学的发展、现代化技术的进步，人类对生活质量的要求越来越高，伴随着对能源的需求也越来越大，能源的压力也越来越显现。节约能源、开发新能源、利用转化再生各类能源成为世界人民的一个课题。

耗能的领域里很多，其中最为频繁的耗能领地之一为：交通道路上的车辆，如汽车、火车等。交通道路上的主要能量来源是车辆。由于车辆的运动是把植物燃油转化车辆运动的动能。利用该动能再生回收是一个产生非常不错的效益途径。除利用车辆动能外，还可以利用该道路上的硬件配置如排水系统等来回收能量，如果能回收这些能源将给人类带来福音。

目前在大多数道路上（包括轨道交通）都没有对车辆的动能进行系统利用，也没有对道路环境配置状态能源采集和回收进行利用，更没有多模式的综合系统的利用。只有极少数的道路上利用风能和光伏电能。

发明内容

为实现交通路上的车辆要消耗大量的能源回收及道路环境配置状态能源采集回收，从而实现节约能源、开发新能源、利用和转化的目的，本发明提供一种交通道路上多模式能量采集系统，其特征在于：所述的系统包括压力冲击力能量的采集块、震动能量的采集块、路面热辐射能量的采集块、气流能量的采集块、温差能量的采集块、道路排水能量的采集块、噪声能量的采集块、地毯式压力能量的采集块、定子、动子直线发电机模式的能量采集块、风力和光伏能量采集块，所述的每个采集块分别转化产生电能。

所述的系统还包括对脉动能与逆变处理子系统、储能子系统、配电子系统、通讯子系统、调度子系统、监控故障处理子系统，这些系统配置与上述的压力冲击力能量的采集块、震动能量的采集块、路面热辐射能量的采集块、气流能量的采集块、温差能量的采集块、道路排水能量的采集块、噪声能量的采集块、地毯式压力能量的采集块、定子、动子直线发电机模式的能量采集块、风力和光伏能量采集块构成整个能量采集、处理、应用系统。

所述压力冲击力能量的采集块由路面下建一个液体池，液体池内装有液体压力缸、往复水泵、水轮发电机、叶片翻浪机、波浪发电机构成，所述的压力缸的连杆与往复水泵相连。

所述的震动能量的采集块由路面下建摆锤式震动机构与往复发电机联接构成；所述摆锤式震动机构由支架上安装震动传递块、凸轮、摆锤构成。

所述的路面气流能量的采集块由隔离带上或轨道交通的行驶相反方向的中间安装气流旋转机与发电机构成。

所述的热辐射能量的采集块由路面热辐射接收器通过传热管与低沸点汽轮`机、发电机连接构成。

所述的温差能量的采集块由路面下设置一个路面温度收集器和路面深处温度收集器通过热管引导到温差发电片阵列组成的发电腔室构成。

所述的道路排水能量的采集块由排水管各管口安装水轮发电机。

所述的噪声能量的采集块由一个喇叭状声音收集器、声音倍增器、压电能量转换器阵列组成。

所述的地毯式压力能量的采集块是一种采压电新型压力转换电能的材料制成的地毯式压电能量转换块转换电能的阵列。

所述的定子、动子采集块由道路上安装永磁体线圈构成；所述的永磁体线圈可以制成半圆弧形横跨安装在每个单向车道的上面，或制成全圆永磁体线圈，其下部圆弧磁体埋入路面浅表皮下，或在路面表皮下安装矩形串联永磁体线圈。

采用本发明系统，实现了交通路上的车辆要消耗大量的能源回收及道路环境配置状态能源采集回收，从而实现节约能源、开发新能源、利用和转化，有效的实现了多系统归集成一体的多模式能量采集系统。

附图说明

图1是本发明多模式的能量的采集结构连接方框示意图；

图2是本发明的压力冲击力能量的采集块1结构示意图；

图3是本发明的震动能量的采集块2结构示意图；

图4是本发明的路面气流能量的采集块3结构示意图；

图5是本发明的路面热辐射能量的采集块4结构示意图；

图6是本发明的温差能量的采集块5结构示意图；

图7是本发明的道路排水能量的采集块6结构示意图；

图8是本发明的噪声能量的采集块7结构示意图；

图9是本发明的地毯式压力能量的采集块8结构示意图；

图10是本发明的定子、动子直线发电机模式能量的采集块9三种形式安装结构示意图。

图中标示为：

1压力冲击力能量的采集块、2震动能量的采集块、3路面热辐射能量的采集块、4气流能量的采集块、5温差能量的采集块、6道路排水能量的采集块、7噪声能量的采集块、8地毯式压力能量的采集块、9定子、动子直线发电机模式的能量的采集块、10风力和光伏能量的采集块、12对脉动能与逆变处理子系统、13储能子系统、14配电子系统、15通讯子系统、16调度子系统、17监控故障处理子系统；

1-1液体池、1-2液体压力缸、1-3往复水泵、1-4水轮发电机、1-5叶片翻浪机、1-6波浪发电机；

2-1摆锤式震动机构、2-2往复发电机、2-1-1震动传递块、2-1-2凸轮、2-1-3摆锤、2-1-4支架；

3-1气流旋转机、3-2发电机、3-3引流箱道、3-4防逆风引流风道；

4-1热辐射接收器、4-2传热管、4-3低沸点汽轮机、4-4发电机；

5-1路面温度收集器、5-2面深处温度收集器、5-3热管、5-4温差发电片；

6-1水轮发电机、6-2路面排水管网；

7-1喇叭状声音收集器、7-2声音倍增器、7-3压电能量转换器；

8-1地毯式压电能量转换块；

9-1永磁体线圈。

具体实施方式

本发明可通过以下实施例并结合附图得到更详细的说明。应当理解的是，下面提及的实施方式仅用于说明和解释本发明，而不用于限制本发明。

如图1～10所示，

一种交通道路上多模式能量采集系统，其特征在于：所述的系统包括压力冲击力采集块1、震动能量的采集块2、路面热辐射能量的采集块3、气流能量的采集块4、温差能量的采集块5、道路排水能量的采集块6、噪声能量的采集块7、地毯式压力能量的采集块8、定子、动子直线发电机模式的能量的采集块9、风力和光伏能量的采集块10，所述的每个采集块1～10分别转化产生电能11。

所述的系统还包括对脉动能与逆变处理子系统12、储能子系统13、配电子系统14、通讯子系统15、调度子系统16、监控故障处理子系统17，所述的配置系统12～17分别与上述的压力冲击力能量采集块1、震动能量采集块2、气流能量采集块3、路面热辐射能量采集块4、温差能量采集块5、道路排水能量采集块6、噪声能量采集块7、地毯式压力能量采集块8、定子、动子直线发电机模式的能量采集块9、风力和光伏采能量集块10构成整个能量采集、处理、应用系统。

所述压力冲击力能量的采集块1由路面下建一个液体池1-1，液体池1-1内装有液体压力缸1-2、往复水泵1-3、水轮发电机1-4、叶片翻浪机1-5、波浪发电机1-6构成，所述的压力缸1-2的连杆与往复水泵1-3相连。

所述的震动能量的采集块2由路面下建摆锤式震动机构2-1与往复发电机2-2联接构成；所述摆锤式震动机构2-1由支架2-1-4上安装震动传递块2-1-1、凸轮2-1-2、摆锤2-1-3构成。

所述的路面气流能量的采集块3由隔离带上或轨道交通的行驶相反方向的中间安装气流旋转机3-1与发电机3-2构成。

所述的路面热辐射热量能量的采集块4由路面热辐射接收器4-1通过传热管4-2与低沸点汽轮机4-3、发电机4-4连接构成。

所述的温差能量的采集块5由路面下设置一个路面温度收集器5-1和路面深处温度收集器5-2通过热管5-3引导到温差发电片5-4阵列组成的发电腔室构成。

所述的道路排水能量的采集块6由排水管各管口6-2安装水轮发电机6-1。

所述的噪声能量的采集块7由一个喇叭状声音收集器7-1、声音倍增器7-2、压电能量阵列转换器7-3阵列组成。

所述的地毯式压力能量的采集块8是一种采压电新型压力转换电能的材料制成的地毯式压电能量转换块8-1转换电能的阵列。

所述的定子、动子直线发电机模式的能量的采集块9由道路上安装永磁体线圈9-1构成；所述的永磁体线圈可以制成半圆弧形横跨安装在每个单向车道的上面，或制成全圆永磁体线圈，其下部圆弧磁体埋入路面浅表皮下，或在路面表皮下安装矩形串联永磁体线圈。

下面对每一采集块进行进一步说明：

1、压力冲击力能量的采集块，如图2所示：

由路面下建一个液体池1-1，液体池1-1内装有液体压力缸1-2、往复水泵1-3、水轮发电机1-4、叶片翻浪机1-5、波浪发电机1-6构成，所述的压力缸1-2的连杆与往复水泵1-3相连。

路面上车辆的重力的碾压或冲击力通过金属力传递给压力缸1-2，压力缸1-2的联杆或挤压与往复水泵1-3相连，在连杆的作用下，把坑内的水压向坑内高处后落下冲击水轮发电机1-4作为一级回收能量，出水后冲击带有叶片的翻浪机1-5，使之坑内浪花翻动，波浪发电机1-6运动发电。这样在坑内安装多台波浪发电机1-6即可发电，通过传输线相外输送。

2、震动能量的采集块，如图3所示：

由路面下建摆锤式震动机构2-1与往复发电机2-2联接构成；所述摆锤式震动机构2-1由支架2-1-4上安装震动传递块2-1-1、凸轮2-1-2、摆锤2-1-3构成。

在路面下安装摆锤式震动机构2-1，摆锤2-1-3与往复发电机2-2联动，当摆锤2-1-3受到当路面受车辆行驶产生震动通过震动传递杆2-1-1带动凸轮2-1-2不断地给摆锤2-1-3提供能量，摆锤2-1-3进行往复运动从而带动往复发电机2-2发电。通过传输线向外输送。

3、路面气流能量的采集块，如图4所示：

所述的路面气流能量的采集块3由隔离带上或轨道交通的行驶相反方向的中间安装气流旋转机3-1与发电机3-2构成。

车辆在行驶时会产生很大的气流流动，如果在隔离带上或轨道交通的行驶相反方向的中间安装气流旋转机3-1，然后用旋转机驱动发电机3-2发电，后通过传输线相外输送。

气流旋转机3-1外加3-3引流箱道、3-4防逆风引流风道，其结构可采用由叶片、连接轴、导流板，防逆风引流风道、气流收集箱体组成。

叶片在气流的推动作用下旋转，正反向气流作用在叶片上可以加速其旋转，气流的收集是由喇叭导流口引入，形似变形的大涵道比航空发动机形状。

为了克服逆风的反作用，在气流出口反向加装一个逆风引流风道，通过引流风道把逆风引导到与车辆产生的气流方向一致。

4、路面热辐射能量的采集块，如图5所示：

由路面热辐射接收器4-1通过传热管4-2与低沸点汽轮机4-3、发电机4-4连接构成。

车辆在路面上运动时由于发动机或阳光热会产生热量辐射，即可以利用路面热辐射接收器4-1把热能转化电能。

5、温差能量的采集块，如图6所示：

在交通道路上面与道路地表深处有温差现象，可以利用这个温差来获取电能。

由路面下设置一个路面温度收集器5-1和路面深处温度收集器5-2通过热管5-3引导到温差发电片5-4阵列组成的发电腔室构成温差采集块。

在路面深处（5-10米）挖一个深坑，制作一个漏斗式的路面深处温度收集器5-2，然后由热管5-3引导到温差发电片5-4阵列组成的发电腔室，使温差发电片阵列下端受温的一面由热管5-3引导来的温度接触感受路面深处的温度，而温差发电片5-4阵列上端则感受由路面温度采集器5-1经热管5-3传导来的温度。

温差发电片5-4阵列可采用固定在圆形基板上，基板中间开一个可以容纳温差发电片阵列的孔，使其温差发电片阵列上，下端面与路面温度采集器5-1和路面深处温度收集器5-2对应，在腔室内如温差发电片5-4阵列与基板进行严密的保温材料的填充、同样基板与腔室也要进行严密的保温材料的填充。

6、道路排水能量的采集块，如图7所示：

道路排水采集块6由路面排水管网6-2中的排水管各管口安装水轮发电机6-1。

在排水管上开口，连接安装管道与水轮发电机相连，水轮机与发电机可采用立式安装，保证发电机组在洪涝时不被淹没，连接水轮机的管道要有旁路管线和压力自动阀，当洪涝时水流急、水压增大，这时自动打开旁路管阀，让其分流。

7、噪声能量的采集块，如图8所示：

由一个喇叭状声音收集器7-1、声音倍增器7-2、压电能量转换器7-3阵列组成。

原理是由压电阵列把声音信号转换为电信号，后通过传输线相外输送。

声音倍增器7-2可参考采用由一个产生共振的谐振腔，在谐振腔内安装一个由特殊易振动材料制作的锥形的喇叭，锥尖部分用一个金属针与一个膜片相连，膜片与外接的声音收集器相连，感受道路上的噪音。当噪音传到膜片后通过金属针传到由特殊易振动材料制作的锥形的喇叭上面产生放大的声音，并作用在选取恰当好产生共振频率一种磁致伸缩材料材料（如Terfenol-D）的谐振腔内，进一步加大噪声的音量。

经过放大后的噪音传递到声电转换阵列上面，使之产生电能。

声电转换阵列,其材料可参考为氧化锌纳米线等。

8、地毯式压力能量的采集块，如图9所示：

地毯式压力能量的采集块一种采压电新型压力转换电能的材料制成的地毯式压电能量转换块8-1转换电能的阵列。

把压电材料做成地毯式便于模块化的安装，这些材料可考虑采用常用的如酷钛酸铅压电陶瓷，这些压电陶瓷的材料固定在力传递较好的既有强度又有韧性的介质内。为了提高阵列的数量或提高采集的电压，可以采取串联压电陶瓷的方法来安装。

地毯式压电能量转换块8-1可以安装在路面下面，也可以做成减速带的形式。

为了让压电材料受压均匀，当车辆碾压某一个局部的区域是其他任何区域也能感受到压力，可以考虑用高强度金属压在一个液体包上，来使车辆的压力均匀传递到每个压电材料上。

9、定子、动子直线发电机模式的能量的采集块，如图10中的10-1、10-2、10-3所示：

定子、动子直线发电机模式的能量的采集块是依“直线发电机原理”设计的，采集块定子采集块9由道路上安装永磁体线圈9-1构成。所述的永磁体线圈可以制成半圆弧形横跨安装在每个单向车道的上面，或制成全圆永磁体线圈，其下部圆弧磁体埋入路面浅表皮下，或在路面表皮下安装矩形串联永磁体线圈。

原理是：由于车辆是金属体或磁体，可把他的运动看做是直线发电机的动子，再在道路上装上永磁体线圈作为定子，感应车辆的运动从而获取电能。

这一原理为引自“同步磁阻直线发电机”。它也是基于改变磁阻的原理运行的。它有较好的性能，与其它直线发电机一样，可以是扁平的，也可以是管状的。他的结构是由定子、定子线圈组成，动子则是由带有间隔非金属的带环组成运动的铁芯。它类似于一辆辆充满金属车体的车辆，而间隔非金属的带环则可以看成车辆与车辆之间的间距。只不过这个间距是非均匀的。

在定子的主绕组为交流绕组，次级绕组凸起。与感应发电机一样，定子既有主电流，又有磁化电流⑴。可能在在应用中感应电流弱，不易被采集，可以考虑采用永磁稀土材料制作定子方案。

它的感应电动势由下式所式：

e=Blv

式中：B——导体所处位置的磁通密度；

l——导体的有效长度；

v——导体的相对线速度。

这种获电能的方法是把定子做成半圆弧形，把他横跨安装在每个单向车道的上面。车辆从其下面通过，在路旁安装电能采集与处理系统，如图10-1所示。

但这种方法由于道路宽、高度限制半圆弧永磁体线圈不可能装的太低太紧密。这样产生的电较弱。为了改善其效率，如图10-2就是用全圆永磁体线圈，其下部圆弧磁体埋入路面浅表皮下。

图10-3是不用在路面上安装圆弧磁体线圈，而在路面表皮下安装矩形串联磁体线圈，这是车辆底部作为作为直线发电机的动子。

10、风力和光伏采集块

风力和光伏采集块采用现行已经成熟的风力和光伏进行发电。

所述的系统还包括对脉动能与逆变处理子系统12、储能子系统13、配电子系统14、通讯子系统15、调度子系统16、监控故障处理子系统17是能量采集回收系统的电能处理及配套设施，是构成整个能量采集、处理、应用系统。

1、对脉动能与逆变处理子系统12

对脉动能与逆变处理子系统12是用来处理电能转化系统。

由于交通道路上的车辆、排水、气流等都是间歇、断续的由此他的动能回收能量是脉动、浪涌式的，要把他处理为可利用的电能，必须要配置大容量的能瞬间吸收这些脉动、浪涌式能量，其系统常采用的高压、大容量的电容组、蓄电池组等。

由于回收的电能电压、电流、频率不规范，而为了储能则把他转化为直流保存在储电瓶内，应用或投入电网时则应用逆变技术把他转化为规范化的直流、交流电能。

2、储能子系统13

储能子系统13是用来处理脉动、浪涌的电能经过转换为直流储备在高压、大容量的电容组、蓄电池组里，在整条道上所有的分段能量回收站并网从而大大的增加抵御脉动、浪涌冲击能量。

3、配电子系统14

配电子系统14是用来处理回收回来的电能输送处理。由于各站、段较多。电能与外网或应用系统（如交通道上的路灯照明系统）输送电能，必须经过配电系统调配后输送。如交通道上的照明、交通道上其他设备、设施等可以就地取之其电能。

4、通讯子系统15

通讯子系统15运用专设的网络，进行信息交换、传递，提供查询个站、段各类信息。

5、调度子系统16

调度子系统16要负责各站的生产调配，监控各站、段的设备运行参数，处理运行生产中的各种问题。

6、监控故障处理子系统17

监控故障处理子系统17用来监控故障及处理，由于在交通道上站、段较多，故障点也增多，如果不及时报警、及时处理可能造成系统瘫痪、或事故。

采用本发明系统，实现了交通路上的车辆要消耗大量的能源采集回收及道路环境配置状态能源采集回收，从而实现节约能源、开发新能源、利用和转化，有效的实现了多系统归集成一体的多模式能量采集系统。

Claims (10)

1.一种交通道路上多模式能量采集系统，其特征在于：所述的系统包括压力冲击力能量的采集块（1）、震动能量的采集块（2）、气流能量的采集块（3）、路面热辐射能量的采集块（4）、温差能量的采集块（5）、道路排水能量的采集块（6）、噪声能量的采集块（7）、地毯式压力能量的采集块（8）、定子、动子直线发电机模式的能量的采集块（9）、风力和光伏采能量集块（10），所述的每个采集块（1～10）分别转化产生电能（11）。

所述的系统还包括对脉动能与逆变处理子系统（12）、储能子系统（13）、配电子系统（14）、通讯子系统（15）、调度子系统（16）、监控故障处理子系统（17），所述的每个系统（12～17）分别与上述的压力冲击力能量采集块（1）、震动能量采集块（2）、气流能量采集块（3）、路面热辐射能量采集块（4）、温差能量采集块（5）、道路排水能量采集块（6）、噪声能量采集块（7）、地毯式压力能量采集块（8）、定子、动子直线发电机模式的能量采集块（9）、风力和光伏采能量集块（10）构成整个能量采集、处理、应用系统。

2.根据权利要求1所述的一种交通道路上多模式能量采集系统，其特征在于：所述压力冲击力能量的采集块（1）由路面下建一个液体池（1-1），液体池（1-1）内装有液体压力缸（1-2）、往复水泵（1-3）、水轮发电机（1-4）、叶片翻浪机（1-5）、波浪发电机（1-6）构成，所述的压力缸（1-2）的连杆与往复水泵（1-3）相连。

3.根据权利要求1所述的一种交通道路上多模式能量采集系统，其特征在于：所述的震动能量的采集块（2）由路面下建摆锤式震动机构（2-1）与往复发电机（2-2）联接构成；所述摆锤式震动机构（2-1）由支架（2-1-4）上安装震动传递块（2-1-1）、凸轮（2-1-2）、摆锤（2-1-3）构成。

4.根据权利要求1所述的一种交通道路上多模式能量采集系统，其特征在于：所述的路面气流能量的采集块（3）由隔离带上或轨道交通的行驶相反方向的中间安装气流旋转机（3-1）与发电机（3-2），引流箱道（3-3）、防逆风引流风道（3-4）构成。

5.根据权利要求1所述的一种交通道路上多模式能量采集系统，其特征在于：所述的热辐射能量采集块（4）由路面热辐射接收器（4-1）通过传热管（4-2）与低沸点汽轮机（4-3）、发电机（4-4）连接构成。

6.根据权利要求1所述的一种交通道路上多模式能量采集系统，其特征在于：所述的温差能量的采集块（5）由路面下设置一个路面温度收集器（5-1）和路面深处温度收集器（5-2）通过热管（5-3）引导到温差发电片（5-4）阵列组成的发电腔室构成。

7.根据权利要求1所述的一种交通道路上多模式能量采集系统，其特征在于：所述的道路排水能量的采集块（6）由排水管各管口安装水轮发电机（6-1）。

8.根据权利要求1所述的一种交通道路上多模式能量采集系统，其特征在于：所述的噪声能量的采集块（7）由一个喇叭状声音收集器（7-1）、声音倍增器（7-2）、压电阵列能量转换器（7-3）阵列组成。

9.根据权利要求1所述的一种交通道路上多模式能量采集系统，其特征在于：所述的地毯式压力能量的采集块（8）是一种采用压电新型压力转换电能的材料制成的地毯式压电能量转换块（8-1）转换电能的阵列。

10.根据权利要求1所述的一种交通道路上多模式能量采集系统，其特征在于：所述的定子、动子直线发电机模式的能量采集块（9）由道路上安装永磁体线圈（9-1）构成；所述的永磁体线圈可以制成半圆弧形横跨安装在每个单向车道的上面，或制成全圆永磁体线圈，其下部圆弧磁体埋入路面浅表皮下，或在路面表皮下安装矩形串联永磁体线圈。

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