CN103410690A - 一种路基液压式发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路基液压式发电装置，包括路基能量采集装置、发电机、逆变器和蓄电池，路基能量采集装置能将车辆碾压路基过程中产生的压力动能转换为势能并储存，发电机将路基能量采集装置输出的动能转换为电能并输出，发电机输出的电能通过逆变器转换后用于对蓄电池充电；所述路基能量采集装置主要由液压管和顺序排列设置在路基上的多块液压垫构成；本发明具有能适应车辆反复碾压，地面环境复杂的应用条件，并且结构简单，工作性能稳定，制造和维护成本低的有益效果。

Description

一种路基液压式发电装置

技术领域

本发明涉及一种发电装置，特别是涉及一种能将车辆碾压路基过程中产生的液压动能转换为液压势能并进一步用于发电的路基液压式发电装置。 

  

背景技术

车辆在道路上行驶时，特别是在位于城市交通、道路桥梁、隧道等均为限速行驶，如果能对这些车辆对路基碾压压力进行再利用转换为其他形式的能量（如电能），则可以使本来会白白浪费的能量得到充分利用，而且如能将这些能量加以储存利用，那么就能为新能源开发利用提供一种可能。此外，行人对路面（如人行道和广场的路面）踩压时对路基的碾压压力也能被再利用转换为其他形式的能量，从而成为位新能源开发的另外一种重要途径。 

例如现有技术中已出现的“一种公路减速带油压驱动发电装置”（申请号为201120175796.6的中国专利）公开了以下内容：一种公路减速带油压驱动发电装置包括减速带，减速带下分别连接有复位弹簧和连接旋转机构。复位弹簧固定在路基内，连续旋转机构通过连杆与活塞相连。活塞安装在双向液压缓冲缸里，缓冲缸通过油液管路与叶轮驱动装置相连接，叶轮驱动装置通过轴并联在一起，轴连接发电机，发电机通过输电线路接储电装置，储电装置与照明设备(路灯)相连。 

该发明能够利用公路行驶车辆压过减速带所产生的压力进行发电，但是其也具有以下明显缺陷： 

（1）该发电装置，利用连续旋转机构采集车辆碾压减速带产生的压力，并将连续旋转机构通过连杆与活塞相连，以实现动能的进一步传递，具体地，当有车辆驶过减速带时，车轮压动减速带产生向下的位移，减速带利用连续旋转机构和连杆推动活塞向下运动，因此在车辆会反复碾压并且碾压导致的减速带向下运动位移很小的应用条件下，必然要求连续旋转机构等刚性的机械部件具有很高的机械强度，传动效率，运行稳定性和可靠性，这都会使得整个装置结构复杂，成本大，并且工作性能不稳定，故障率高。

（2）该发电装置，每一活塞联动装置要配一个叶轮驱动装置，并将所有叶轮驱动装置并连在同一轴上，这在复杂地面环境情况下实现难度非常大。 

  

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明解决的技术问题是：怎样提供一种能适应车辆反复碾压，地面环境复杂的应用条件，并且结构简单，工作性能稳定，制造和维护成本低的路基液压式发电装置。 

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案： 

一种路基液压式发电装置，包括路基能量采集装置、发电机、逆变器和蓄电池，路基能量采集装置能将车辆碾压路基过程中产生的液压动能转换为液压势能并储存，发电机将路基能量采集装置输出的动能转换为电能并输出，发电机输出的电能通过逆变器转换后用于对蓄电池充电；

其特征在于，所述路基能量采集装置主要由液压管和设置在路基上的多块液压垫构成，水轮机的动力输出轴与发电机的主轴可传动连接；

所述液压垫是内部具有空腔的密闭体，并且其还具有能相对液压垫整体上下活动的上部盖板，上部盖板由刚性材质制作而成；所述液压垫还具有进水管和出水管，进水管上设有进水口单向阀，出水管上设有出水口单向阀；

多块液压垫顺序排列设置在路基上，各个液压垫的出水管均与液压管连通，液压管的出口与水轮机的进水口连接，液压管的出口处还设有第一液压控制阀；第一液压控制阀能够在液压管内液压达到设定值时自动开启，在液压管内液压值低于设定值时自动关断水流；

水轮机的出水口与给水管的进水口连接，给水管与各个液压垫的进水管连通，给水管的进水口还与蓄水池的出水口连接，给水管的进水口处设有第二液压控制阀；第二液压控制阀能够在给水管内液压低于设定值时控制水流从蓄水池流向给水管内，当给水管（18）内液压高于设定值时控制水流从给水管流向蓄水池内。

进一步地，所述液压垫的上部盖板和与其相对应的液压垫底板之间设有复位弹簧，所述复位弹簧能使上部盖板受到碾压后回到受碾压前位置；或者上部盖板和与其相对应的液压垫底板之间设有至少一对同极相对的永久磁体，同一对的两个永久磁体之间的磁作用力方向与液压垫表面垂直，上部盖板上还设有能够控制其上下活动自由度的定位销。 

其中，所述液压管由内层液压管和外层承压管套合而成，所述内层液压管由弹性材质制作而成，可随液压增大而膨胀。 

相比现有技术，本发明具有如下有益效果： 

1.本发明通过设置在路基上的液压垫及液压管实现汽车碾压压力的采集与能量储存，与现有技术中采用刚性机械结构进行能量采集与传递的方式相比，本发明具有能适应车辆反复碾压、地面环境复杂的应用条件，并且结构简单，工作性能稳定，制造和维护成本低的有益效果。

2.本发明，在液压管上还设置有控制阀，控制阀能够在液压管内液压达到设定值时自动开启，当水由液压管进入水轮机后，液压管内液压值低于设定值，控制阀自动关闭，因此本发明具有可控性能好，传动效率高的有益效果。 

3.本发明液压管由内层液压管和外层承压管套合而成，并且内层液压管由弹性材质制作而成，内层液压管能随着内部液体压力加大而膨胀，因此具有很好的压力适应性。 

  

附图说明

图1为本发明应用于多垫单机型的结构示意图； 

图2 为本发明应用于单垫单机型的结构示意图；

图3为本发明液压垫的结构示意图；

图4为本发明液压垫的内部结构示意图；

图5为本发明液压管的结构示意图。

  

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。 

参见图1和图2，一种路基液压式发电装置，包括路基能量采集装置、发电机6、逆变器7和蓄电池8，路基能量采集装置能将车辆碾压路基过程中产生的液压动能转换为液压势能（属于弹性势能）并储存，发电机6将路基能量采集装置输出的动能转换为电能并输出，发电机6输出的电能通过逆变器7转换后用于对蓄电池8充电； 

本发明可以是单垫单机型，也可以是多垫单机型。

对于单垫单机型，其具有如下具体结构： 

其路基能量采集装置主要由液压缸5和设置在路基上的单块液压垫2构成；

所述液压垫1是由弹性材质制作而成的内部具有空腔的密闭体；

或者，如图3所示，液压垫1也可以是内部具有空腔的密闭体，并且其还具有能相对液压垫1整体上下活动的上部盖板2，上部盖板2由刚性材质制作而成；具体的，可以用褶皱带3将玻璃钢制作的上部盖板2与液压垫底座连接并密封成为一个密闭体，褶皱带3与上部盖板2之间为刚性连接，褶皱带3与液压垫底座15之间也为刚性连接；当上部盖板2下移，液压垫1腔内体积变小，褶皱带3向内挤压增加调节体积变小，相反依然，如此不会因液压垫1体积变化而内耗能量。上部盖板2上还设有能够控制其上下活动自由度的定位销21；液压垫底座上设置有能够将液压垫整体固定在路基上的固定孔。

如图4所示，对于采用刚性材料制作上部盖板2的液压垫1，所述上部盖板2和与其相对应的液压垫底座15之间设有复位弹簧22，所述复位弹簧22能使上部盖板2受到碾压后回到受碾压前位置；或者上部盖板2和与其相对应的液压垫底座15之间设有至少一对同极性的永久磁体，同一对的两个永久磁体之间的磁作用力方向与液压垫1表面垂直，一对同极性的永久磁体可通过卡扣结构分别安装在上部盖板2和与其相对应的液压垫底座15上。 

由于路面通常扬尘较多，为防止飞尘杂质进入液压垫周围，液压垫1上周围设置防尘垫。 

液压垫1无论采用以上任何一种结构，液压垫1还具有进水管9和出水管10，，可以将进水管9和出水管10从设置在液压垫1同一侧，具体的通过设置公用的水口20实现，进水管9上设有进水口单向阀11，出水管10上设有出水口单向阀12（根据需要进出水口可设置在液压垫不同位置）。 

液压垫1通过管道与液压缸5连通为一体，当液压垫1或者液压垫1的上部盖板2受到车辆或者人流碾压所产生的压力作用时，液压垫1内部腔体的体积能够被压缩，盛放在液压垫1内部腔体内的压力油液能够被推动进入液压缸5，并推动设置于液压缸5内的活塞4动作；活塞4的连杆与发电机6的主轴可传动连接。 

对于多垫单机型，其具有如下具体结构： 

其路基能量采集装置主要由液压管16和设置在路基上的多块液压垫1构成，水轮机14安装在物理位置的低位处，水轮机14的动力输出轴与发电机6的主轴可传动连接。

所述单块液压垫1采用与单垫单机型发电装置中所用液压垫相同的整体结构和复位机构，此处不再赘述。 

多块液压垫1顺序排列设置在路基上，各个液压垫1的出水管10均与液压管16连通，液压管16的出口与水轮机14的进水口连接，液压管16的出口处还设有第一液压控制阀17；第一液压控制阀17能够在液压管16内液压达到设定值时自动开启，当水流通过液压管16进入水轮机14，液压管16内液压值减小，低于设定值时自动关断水流；第一液压控制阀17可以采用带有弹簧的阀门实现，通过合理选择弹簧的的弹性系数从而设定开启控制阀17的压力值；也可用电脑设定由电磁阀控制。 

水轮机14的出水口与给水管18的进水口连接，给水管18与各个液压垫1的进水管9连通，给水管18的进水口还与蓄水池13的出水口连接，给水管18的进水口处设有第二液压控制阀19；第二液压控制阀19能够在给水管18内液压低于设定值时控制水流从蓄水池13流向给水管18内，当给水管18内液压高于设定值时控制水流从给水管18流向蓄水池13内。 

如图5所示，所述液压管16由内层液压管23和外层承压管24套合而成，所述内层液压管由弹性材质制作而成。 

本发明的安装和具体工作过程如下： 

本发明可安装于隧道，街道和桥梁等车流量大并且需要路灯或其他用电设备的位置。

本发明也可以设置为常见地板砖大小尺寸，铺设在人流量大的广场等位置，通过人流踩压达到相应发电效果。 

单垫单机型路基液压式发电装置的具体工作过程如下： 

当车辆碾压过设置在路基上的单块液压垫1时，液压垫1的空腔与液压缸5构成的密闭体内的液压油受到挤压，并向液压缸5内的活塞4方向运动最终推动活塞4在液压缸5内运动，又由于活塞4的连杆与发电机6的主轴可传动连接，因此活塞4可带动电机6的主轴转动。

电机6开始发电，电机6输出的交流电经7转换为直流电后用于对蓄电池8充电，蓄电池8中储存的能量即可通过相应电路向路灯等用电设备供电。 

多垫单机型路基液压式发电装置的具体工作过程如下： 

当车辆碾压过顺序排列设置在路基上的多块液压垫1时，各液压垫1空腔内的液压用水受到挤压并从出水口10高速流出，通过出水单向阀12进入液压管16（由于设置了出水单向阀12，所以液压管16中的水不会倒流回多垫液压垫15内），当液压管16内的液体压力超过设定值时，控制阀17自动打开，液压管16中的水流进入水轮机14，水轮机14中的叶轮受到水流冲击，由于水轮机14的动力输出轴与发电机6的主轴可传动连接，电机6开始发电，同样的，电机6输出的交流电经7转换为直流电后用于对蓄电池8充电，蓄电池8中储存的能量即可通过相应电路向路灯等用电设备供电；其中，由于液压管由内层液压管23和外层承压管24套合而成，并且内层液压管由弹性材质制作而成，内层液压管23能随着内部液体压力加大而膨胀，保证了液压管16具有良好的压力适应性，并且具有很好的蓄能效应，外层承压管24则可避免压力过大导致液压管16爆裂。

从水轮机14流出的水可以依次通过给水管18、进水单向阀11和进水口9进入多垫液压垫15内中，（设置了进水单向阀11，因此液压垫1内的水也不会流入给水管18中）。 

在以上工作工程中，如果水源充足且水位较高（可为自然水或净化水）时，可不安装蓄水池和第二控制阀19，水轮机14安装在物理位置的低位处，水通过水源进入给水管18，通过液压垫1进入液压管16，再通过水轮机排出，实现通过水的单循环有效传递能量，提高能量的利用效率。 

此外，由于在给水管18上安装了补水装置（蓄水池13），并且，给水管18的进水口处设有第二液压控制阀19；第二液压控制阀19能够在给水管18内液压低于设定值时（此时液压垫1内水量不足需要补充）控制水流从蓄水池13流向给水管18内，对液压垫1进行补水；当给水管18内液压高于设定值时（随着水轮机14持续运行工作，从水轮机14中流出的水流流速将不断加大，给水管18内液压不断增大，此时液压垫1内水量饱和不需要补充）控制从水轮机14中流出的水流向蓄水池13内，也即是当从水轮机14流出的水也可不通过给水管18流回液压垫1，而是流入蓄水池13内。 

其中，第二液压控制阀19可采用现有的可调双向阀实现；或电脑控制的电磁阀实现。 

无论是多垫单机型或者单垫单机型的路基液压式发电装置，对于采用刚性材料制作上部盖板2的液压垫1，由于所述上部盖板2和与其相对应的液压垫底板之间设有复位弹簧；或者上部盖板2和与其相对应的液压垫底板之间设有至少一对同极性的永久磁体，同一对的两个永久磁体之间的磁作用力方向与液压垫1表面垂直，因此上部盖板2受到碾压后能快速回到受碾压前位置，以备下一次碾压。 

本发明被安装在路基上后，当一辆汽车行驶碾压过本发明的液压垫1时，路面将发生1—2厘米波动，此波动不会对车辆行驶产生影响或者异样，而对于3平方米面积（如1米乘3米）的液压垫1而言，可产生2—6升水的移动，如果100米长的公路上安装100个液压垫1，一辆车以100公里每小时的速度通过，便会在5秒内推动200—600升水移动，并且实际上100米内还可能有多辆车经过，因此5秒内被推动的水量将不止200—600升。 

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。 

Claims (3)

1.一种路基液压式发电装置，包括路基能量采集装置、发电机（6）、逆变器（7）和蓄电池（8），路基能量采集装置能将车辆碾压路基过程中产生的液压动能转换为液压势能并储存，发电机（6）将路基能量采集装置输出的动能转换为电能并输出，发电机（6）输出的电能通过逆变器（7）转换后用于对蓄电池（8）充电；

其特征在于，所述路基能量采集装置主要由液压管(16)和设置在路基上的多块液压垫（1）构成，水轮机（14）的动力输出轴与发电机（6）的主轴可传动连接；

所述液压垫（1）是内部具有空腔的密闭体，并且其还具有能相对液压垫（1）整体上下活动的上部盖板（2），上部盖板（2）由刚性材质制作而成；所述液压垫（1）还具有进水管（9）和出水管（10），进水管（9）上设有进水口单向阀（11），出水管（10）上设有出水口单向阀（12）；

多块液压垫（1）顺序排列设置在路基上，各个液压垫（1）的出水管（10）均与液压管（16）连通，液压管（16）的出口与水轮机（14）的进水口连接，液压管（16）的出口处还设有第一液压控制阀（17）；第一液压控制阀（17）能够在液压管（16）内液压达到设定值时自动开启，在液压管（16）内液压值低于设定值时自动关断水流；

水轮机（14）的出水口与给水管（18）的进水口连接，给水管（18）与各个液压垫（1）的进水管（9）连通，给水管（18）的进水口还与蓄水池（13）的出水口连接，给水管（18）的进水口处设有第二液压控制阀（19）；第二液压控制阀（19）能够在给水管（18）内液压低于设定值时控制水流从蓄水池（13）流向给水管（18）内，当给水管（18）内液压高于设定值时控制水流从给水管（18）流向蓄水池（13）内。

2.根据权利要求1所述的一种路基液压式发电装置，其特征在于，所述液压垫(16)的上部盖板（2）和与其相对应的液压垫底板之间设有复位弹簧（22），所述复位弹簧（22）能使上部盖板（2）受到碾压后回到受碾压前位置；或者上部盖板（2）和与其相对应的液压垫底板之间设有至少一对同极相对的永久磁体，同一对的两个永久磁体之间的磁作用力方向与液压垫（1）表面垂直，上部盖板（2）上还设有能够控制其上下活动自由度的定位销（21）。

3.根据权利要求1或2所述的一种路基液压式发电装置，其特征在于，所述液压管（16）由内层液压管（23）和外层承压管（24）套合而成，所述内层液压管（23）由弹性材质制作而成，可随液压增大而膨胀。

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