CN106321379A - 一种太阳能供电装置 - Google Patents

Abstract

一种太阳能供电装置，包括发电组件和与发电组件电连接的蓄电池，发电组件包括支撑柱、液缸、发电齿轮以及与发电齿轮相适配的齿条，支撑柱的一端固定于路面，另一端设有液缸行程段，液缸的底部设有与支撑柱上液缸行程段的横截面大小一致的插入口，支撑柱通过该插入口伸进液缸内部，液缸内部填充满容易受热膨胀的液体，液缸可上下滑动地固定于所述灯柱上，发电齿轮装设于液缸侧壁的一侧，发电齿轮的输出端连接有一变速器，变速器的输出端连接有发电机，发电机的输出端与蓄电池电连接。本发明是通过利用液体的热胀冷缩的特性，以太阳能这种可再生的能源作为动力来源，太阳能利用效率高，其所产生的电能基本能够满足路灯夜间照明的需求。

Description

一种太阳能供电装置

技术领域

本发明涉及一种供电装置，尤其是指一种太阳能供电装置。

背景技术

路灯，一般泛指交通照明中路面照明范围内的灯具。路灯的安装地点常见于道路单侧或两侧，通常包括灯柱以及装设于灯柱顶部的灯泡，其中灯泡与供电装置电连接，灯泡一般用于夜间为行人提供较为明亮的视野。

就目前而言，中国路灯存量约在2800万-3000万盏，近几年每年新增路灯数量为15%-20%，约300万-600万盏。据统计，目前城市照明（仅计算景观照明和路灯等功能照明）的年用电量约占中国总发电量的4%至5%，这个数据相当于在建三峡水力发电工程投产后的年发电能力（约850亿千瓦时）。每年路灯消耗大量的电能一直是市政建设中相当重要的难题，随着世界能源危机的加剧，各国都在寻求解决能源危机的办法，而大大降低照明用电是节省能源的重要途径。随着科技的进步和技术的发展，寻求新能源和可再生能源的利用为解决上述问题指明了一条道路，但是具体的实施方案还需要进步一去完善。

发明内容

本发明提供一种太阳能供电装置，其主要目的在于克服现有路灯总体年耗电量基数庞大、对能源消耗量大的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种太阳能供电装置，包括发电组件和与该发电组件电连接的蓄电池，所述发电组件包括支撑柱、液缸、发电齿轮以及与该发电齿轮相适配的齿条，所述支撑柱的一端固定于路面，另一端设有液缸行程段，所述液缸的底部设有与支撑柱上液缸行程段的横截面大小一致的插入口，所述支撑柱通过该插入口伸进液缸内部，所述液缸内部填充满容易受热膨胀的液体，所述液缸可上下滑动地固定于所述灯柱上，所述发电齿轮装设于所述液缸侧壁的一侧，所述发电齿轮的输出端连接有一变速器，该变速器的输出端连接有发电机，该发电机的输出端与所述蓄电池电连接。

进一步的，所述支撑柱上液缸行程段包括上止点和下止点，其中上止点为支撑柱的端部，与下止点下方附近的位置设有抵触块，在液缸的上下滑动过程中，当下止点与所述插入口齐平时，所述抵触块正好与所述液缸的底部相抵触。

进一步的，所述液缸底部的底壁内设置有防溢通道，该防溢通道的输入口开设于所述插入口一侧位置，所述防溢通道的输出口通过一输出连接管与一储液罐相连通。

进一步的，所述储液罐还通过一输入连接管与所述液缸相连通，该输入连接管上设有用于控制液体从储液罐单向流入所述液缸的单向阀。

进一步的，所述液缸的外侧壁上覆盖有一层容易吸附太阳光的吸收层。

进一步的，所述液缸的形状呈半椭圆球形，其底部的边缘向液缸内部凹陷并逐渐收缩形成一弧状底壁，所述插入口设于该弧状底壁的最高点位置。

和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于:

1、本发明设计独特、能量利用率高，通过在所述液缸内填充满容易受热膨胀的液体（比如水银），当太阳照射在液缸的外壁上，液缸内的液体会受热膨胀，从而对支撑柱表面施加力的作用，而支撑柱由于是固定不动地装设有地面上，因而其会对液缸内的液体产生一个反作用力，从而推动液缸沿着灯柱做上下滑动，固定安装在液缸侧壁一侧的发电齿轮也同样会随之上下运动，由于发电齿轮是通齿条啮合在一起的，因此在发电齿轮上下运动的同时也会转化成发电齿轮本身的转动，进而通过变速器的变速作用带动发电机发电，并把电能存储在蓄电池中供路灯晚上使用。本发明是通过利用液体的热胀冷缩的特性，以太阳能这种可再生的能源作为动力来源，太阳能利用效率高，可以达到将近80%的利用率，其所产生的电能基本能够满足路灯夜间照明的需求。本发明的推广应用必将有效地缓解路灯总体年耗电量基数庞大的问题，节省能源、减少能耗，为解决能源危机指明了一条全新的道路。

2、在本发明中，所述支撑柱上液缸行程段包括上止点和下止点，在液缸的上下滑动过程中，当下止点与所述插入口齐平时，所述抵触块正好与所述液缸的底部相抵触，这样可以防止液缸内液体降温收缩时，液缸向下移动，支撑柱上端会与液缸内壁的顶部接触，影响到液体受热膨胀对支撑柱表面作用力的施加。

3、在本发明中，所述液缸底部的底壁内设置有防溢通道，并且该防溢通道的输入口开设于所述插入口一侧位置，所述防溢通道的输出口通过一输出连接管与一储液罐相连通，当液缸向上滑动的过程中，支撑柱上液缸行程段的上止点低于防溢通道的输入口，这时液缸内的液体便会自动流到储液罐中，可以防止支撑柱从液缸上脱落。

4、在本发明中，所述储液罐还通过一输入连接管与所述液缸相连通，该输入连接管上设有用于控制液体从储液罐单向流入所述液缸的单向阀，当抵触块正好与所述液缸的底部相抵触，这时液缸内的液体如果继续降温收缩，液缸内便会产生一个负压，这时储液罐内的液体便受到大气压的作用下，通过单向阀向液缸内补充液体，保证液缸上下运动过程中，液缸内的液体总是充满的，进而保证发电齿轮输出发电的持续性。

6、本发明通过在液缸的外侧壁上覆盖吸收层的目的在于提高太阳能的吸附性能，增加对太阳能的利用效率。将液缸的形状呈半椭圆球形，并将插入口设于该弧状底壁的最高点位置，这样可以避免太阳光照射在插入口的位置，也可以避免下雨时雨水淋到插入口的位置，这样可以保证支撑柱与液缸连接位置的密闭性能，并且这种密闭性能可以最大地程度杜绝室外环境因素对其的影响。

附图说明

图1为本实施例中路灯的结构示意图，其中省略掉靠前的挡住液缸视角的那根下柱体。

图2为图1中A处的放大示意图。

图3为图1在另一种状态下的示意图，其中液缸内液体受热膨胀带动液缸向上滑动较高位置。

图4为图3中B处的放大示意图。

图5为上述三根下柱体与所述液缸的配合示意图。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的具体实施方式。

参照图1和图2。一种节省能源的路灯，包括路灯本体1以及供电装置2，所述路灯本体1包括灯柱3以及装设于灯柱3顶部的灯泡10，所述供电装置2与该灯泡10电连接。所述供电装置2包括发电组件20和与该发电组件20电连接的蓄电池21，所述发电组件20包括支撑柱22、液缸23、发电齿轮24、与发电齿轮24相适配的齿条25、发电齿轮26以及与发电齿轮26相适配的齿条27，所述支撑柱22的一端固定于路面，另一端设有液缸行程段220，所述液缸23的底部设有与支撑柱22上液缸行程段220的横截面大小一致的插入口（图中未标出），所述支撑柱22通过该插入口伸进液缸23内部，所述液缸23内部填充满容易受热膨胀的液体，在本实施例中，此种容易受热膨胀的液体采用水银。所述液缸23可上下滑动地固定于所述灯柱3上，所述发电齿轮24装设于所述液缸侧壁的左侧，发电齿轮26装设于所述液缸侧壁的右侧。发电齿轮24以及发电齿轮26均可以采用单向转动发电齿轮，即当液缸23向上滑动时，发电齿轮24便受其带动而向上运动，并且通过与齿条25的啮合作用，使得发电齿轮24产生逆时针转动，这时发电齿轮24便可以将其转动的力矩输出，而当液缸23向下滑动时，发电齿轮24便受其带动而向下运动，并且通过与齿条25的啮合作用，使得发电齿轮24产生顺时针转动，但是由于发电齿轮24为单向转动发电齿轮，其顺时针转动不能产生力矩的输出，因此无法给下面提到的发电机提供发电所需要的动力。同样的道理，发条齿轮26与发电齿轮24的原理是相同的，但是其力矩的输出情形与发电齿轮24有所区别，即当液缸23向上滑动时，发电齿轮26便受其带动而向上运动，并且通过与齿条27的啮合作用，使得发电齿轮25产生顺时针转动，由于发电齿轮26为单向转动发电齿轮，其顺时针转动不能产生力矩的输出，因此无法给下面提到的发电机提供发电所需要的动力；而当液缸23向下滑动时，发电齿轮26便受其带动而向下运动，并且通过与齿条27的啮合作用，使得发电齿轮26产生逆时针转动，这时发电齿轮26便可以将其转动的力矩输出，因而，当夜间时分，液缸23在自身重力作用下可以向下滑动，从而通过发电齿轮26的作用，能进行发电，进一步地满足路灯的供电需求。以上叙述到的逆时针转动可以输出力矩而顺时针转动不能输出力矩的单向发电齿轮在市面上相当常见，因此不对其具体的结构和动作原理进行详细叙述。所述发电齿轮24和发电齿轮26的输出端各自连接有一变速器28，该两个变速器28的输出端各自连接有发电机（由于被变速器28遮挡，图中未示出），该两个发电机的输出端均与所述蓄电池21电连接，以上叙述到的变速器28的作用在于将低速转动的发电齿轮24和发电齿轮26的转速转换成满足发电机工作的转速，能够满足上述功能的变速器在市面上相当常见，因此不对其具体的结构和动作原理进行详细叙述。本实施例在使用时，当太阳照射在液缸23的外壁上，液缸23内的液体会受热膨胀，从而对支撑柱22表面施加力的作用，而支撑柱22由于是固定不动地装设有地面上，因而其会对液缸23内的液体产生一个反作用力，从而推动液缸23沿着灯柱3做上下滑动，固定安装在液缸23侧壁的发电齿轮24和发电齿轮26也同样会随之上下运动并转化成发电齿轮24和发电齿轮26本身的转动，进而通过变速器28的变速作用带动发电机发电，并把电能存储在蓄电池21中供路灯晚上使用。本实施例是通过利用液体的热胀冷缩的特性，以太阳能这种可再生的能源作为动力来源，太阳能利用效率高，可以达到将近80%的利用率，其所产生的电能基本能够满足路灯夜间照明的需求。本实施例的推广应用必将有效地缓解路灯总体年耗电量基数庞大，节省能源、减少能耗，为解决能源危机指明了一条全新的道路。

参照图1、图2、图3和图4。所述支撑柱22上液缸行程段220包括上止点221和下止点222，其中上止点221即为支撑柱22的端部，与下止点222下方附近的位置设有抵触块223，在液缸23的上下滑动过程中，当下止点222与所述插入口齐平时，所述抵触块223正好与所述液缸23底部的底壁230相抵触。通过设置抵触块223可以防止液缸23内液体降温收缩时，液缸23向下移动，支撑柱22上端会与液缸23内壁的顶部接触，影响到液体受热膨胀对支撑柱22表面作用力的施加。所述液缸23底部的底壁230内设置有防溢通道231，该防溢通道231的输入口开设于所述插入口一侧位置，所述防溢通道231的输出口通过一输出连接管232与一储液罐4相连通。所述储液罐4还通过一输入连接管233与所述液缸23相连通，该输入连接管233上设有用于控制液体从储液罐4单向流入所述液缸23的单向阀234。通过设置防溢通道231，当液缸23向上滑动的过程中，支撑柱22上液缸行程段220的上止点221低于防溢通道231的输入口，这时液缸23内的液体便会自动流到储液罐4中，可以防止支撑柱22从液缸23上脱落；当抵触块223正好与所述液缸23的底部相抵触，这时液缸23内的液体如果继续降温收缩，液缸23内便会产生一个负压，这时储液罐4内的液体便受到大气压的作用下，通过单向阀234向液缸23内补充液体，保证液缸23上下运动过程中，液缸23内的液体总是充满的，进而保证发电齿轮输出发电的持续性。为了提高太阳能的吸附性能，增加对太阳能的利用效率，所述液缸的外侧壁上覆盖有一层容易吸附太阳光的吸收层，在本实施例中该吸收层可以采用沥青涂层，其作用原理就如同柏油路上的沥青混凝土涂层对太阳能的吸附原理，当然上述吸收层还可以采用太阳能热水器上的吸收涂层相类似的材料，也就是在透光性材料上涂上黑漆来增加其吸附太阳能的性能。所述液缸23的形状呈半椭圆球形，其底部的边缘向液缸23内部凹陷并逐渐收缩形成一弧状底壁，该弧状底壁即为上述液缸23底部的底壁230。所述插入口设于该弧状底壁的最高点位置。这样设置可以避免太阳光照射在插入口的位置，也可以避免下雨时雨水淋到插入口的位置，这样可以保证支撑柱22与液缸23连接位置的密闭性能，并且这种密闭性能可以最大程度地杜绝室外环境因素对其的影响。

参照图1和图5。所述灯柱3包括上柱体30以及三根固定于地面且在平面上呈正三角形排布的下柱体31，该三根下柱体31分别各自通过一斜柱体32连接于所述上柱体30的下端部。所述液缸23可上下滑动地装设于上述三根下柱体31的内侧，每根下柱体31在朝着所述液缸23的方向上设置有导轨310，所述液缸23的侧壁上开设有三个在平面上互呈120度角布置的导槽311，上述三根下柱体31上的导轨310均装设于与其相对应的导槽311内。每根导轨310的截面为两个梯形对置构成的“工”字形结构，每个导槽311内壁设有与所述导轨310的滑动面相接触的滚珠312。通过设置上述导轨310和导槽311，可以使得液缸23在上下滑动的过程中更加平稳，其中导槽311内还设有滚珠312，导轨311在滚珠312上滑动一方面可以减少导轨311所受到的摩擦阻力，延长导轨311的使用寿命，另一方面可以降低克服上述摩擦阻力所需要做的功，提高整套装置的能量利用率。本实施例中上述蓄电池21、发电齿轮24、发电齿轮26、变速器28以及发电机均固定安装在所述液缸23的外侧壁上。供电装置2与上述灯泡10通过一导线电连接，该导线设置为缠绕所述上柱体30侧壁的弹性线圈301，该弹性线圈301的上端与灯泡10电连接，下端与所述蓄电池21电连接。通过设置所述弹性线圈301可以避免线路在蓄电池21上下运动的过程中电路线路出现局部张力过大而断掉，杜绝路灯的故障隐患，能够保证路灯长时间稳定的运行。

在本实施例中，上述实施方式采用水银作为容易受热膨胀的液体，由于水银的热膨胀系数和比热容均为公知技术，因而本实施例的发电效率可以根据液缸23的形状和体积的变化进行调整，此项是本领域技术人员只需进行多次调试即可获得，因而此处并不列举具体数值。当然，本发明中提及的容易受热膨胀的液体不局限于水银，还可以是硅油或醇类化合物。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (6)

1.一种太阳能供电装置，其特征在于：包括发电组件和与该发电组件电连接的蓄电池，所述发电组件包括支撑柱、液缸、发电齿轮以及与该发电齿轮相适配的齿条，所述支撑柱的一端固定于路面，另一端设有液缸行程段，所述液缸的底部设有与支撑柱上液缸行程段的横截面大小一致的插入口，所述支撑柱通过该插入口伸进液缸内部，所述液缸内部填充满容易受热膨胀的液体，所述液缸可上下滑动地固定于所述灯柱上，所述发电齿轮装设于所述液缸侧壁的一侧，所述发电齿轮的输出端连接有一变速器，该变速器的输出端连接有发电机，该发电机的输出端与所述蓄电池电连接。

2.如权利要求1所述一种太阳能供电装置，其特征在于：所述支撑柱上液缸行程段包括上止点和下止点，其中上止点为支撑柱的端部，与下止点下方附近的位置设有抵触块，在液缸的上下滑动过程中，当下止点与所述插入口齐平时，所述抵触块正好与所述液缸的底部相抵触。

3.如权利要求2所述一种太阳能供电装置，其特征在于：所述液缸底部的底壁内设置有防溢通道，该防溢通道的输入口开设于所述插入口一侧位置，所述防溢通道的输出口通过一输出连接管与一储液罐相连通。

4.如权利要求3所述一种太阳能供电装置，其特征在于：所述储液罐还通过一输入连接管与所述液缸相连通，该输入连接管上设有用于控制液体从储液罐单向流入所述液缸的单向阀。

5.如权利要求1所述一种太阳能供电装置，其特征在于：所述液缸的外侧壁上覆盖有一层容易吸附太阳光的吸收层。

6.如权利要求1所述一种太阳能供电装置，其特征在于：所述液缸的形状呈半椭圆球形，其底部的边缘向液缸内部凹陷并逐渐收缩形成一弧状底壁，所述插入口设于该弧状底壁的最高点位置。