CN106984112A - 一种基于噪音发电技术的机场除霾装置 - Google Patents

一种基于噪音发电技术的机场除霾装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于噪音发电技术的机场除霾装置，包括噪音发电模块、雾霾检测模块、无叶抽吸模块、雾化除霾模块、照明模块、行走模块和控制模块，所述雾霾检测模块、无叶抽吸模块、雾化除霾模块、照明模块均分别与控制模块和噪音发电模块连接，共同组成具有行走、照明、发电和除霾的装置；本发明体现了“以害治害”的设计思路，在减轻机场噪音危害的同时降低了雾霾浓度，保证了航空运输的安全，节约了治理成本。

Description

一种基于噪音发电技术的机场除霾装置
技术领域
本发明涉及噪音发电和雾霾治理相关领域，具体地指一种基于噪音发电技术的机场除霾装置。
背景技术
针对机场噪音问题，我国采用平衡做法，通过减少噪声源、规划和管理土地使用方式、实施减噪运行程序和限制运行等管理手段进行治理，并无实际的噪音处理装置；针对机场雾霾问题，我国通过减少航班量以避免安全事故，无实际的雾霾治理装置。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于噪音发电技术的机场除霾装置，利用机场噪音进行发电，进而用于除霾，净化空气，以达到“以害治害”的效果。
本发明所设计的基于噪音发电技术的机场除霾装置，其特征在于：包括噪音发电模块、雾霾检测模块、无叶抽吸模块、雾化除霾模块、照明模块、行走模块和控制模块，所述雾霾检测模块、无叶抽吸模块、雾化除霾模块、照明模块均与控制模块和噪音发电模块连接，共同组成具有行走、照明、发电和除霾的装置；
所述噪音发电模块用于吸收噪音并发电，并为整个装置提供动力；
所述控制模块用于控制雾霾检测模块、无叶抽吸模块、雾化除霾模块和照明模块；
所述行走模块用于调整整个装置的位置。
进一步地，所述噪音发电模块包括由外向内依次设置的噪声采集腔、亥姆霍兹共振腔、压电材料和吸声材料，还包括蓄电池，所述压电材料通过稳压器与蓄电池连接。
更进一步地，所述雾霾检测模块包括雾霾传感器。
再进一步地，所述无叶抽吸模块包括依次连接的无叶抽吸装置、雾化净化腔和空气过滤装置，其中，所述无叶抽吸装置与控制模块连接。
再进一步地，所述雾化除霾模块包括雾化喷头、空压机和水箱，所述雾化喷头均布于雾化净化腔的内壁上，所述雾化喷头通过管道分别与空压机和水箱连接，其中，所述空压机与控制模块连接。空压机和水箱分别提供高压气体和水流，在雾化喷头中发生共振进而产生超声波场，达到雾化效果；多个雾化喷头均布于雾化净化腔内壁，可均匀地对腔内气体进行净化，提高净化效率。
再进一步地，所述行走模块由若干万向轮组成。方便对整个装置的移动。
再进一步地，所述照明模块为照明警示灯。
再进一步地，还包括支撑板，所述行走模块安装在支撑板底部，所述噪音发电模块设置在支撑板顶部，整体呈弧形，所述无叶抽吸模块整体也呈弧形，所述噪音发电模块的弧形开口侧和无叶抽吸模块的弧形开口侧相对布置，共同围成部件置放腔，所述空压机和水箱设置在支撑板上，位于部件置放腔内，所述无叶抽吸模块的弧形顶部设置有顶板，所述照明模块和雾霾传感器均安装在顶板上。弧形的噪音采集腔可增大噪音接收范围，提高噪音发电效率；弧形的雾霾净化腔增大了腔内体积，延长了空气净化时间，增强了除霾效果；雾霾传感器安装于顶板上，可与周围空气充分接触，有效检测雾霾浓度。
再进一步地，所述稳压器与蓄电池也安装在支撑板上，位于部件置放腔内。可简化器件间的连接线路，提高结构紧凑性。
再进一步地，所述控制模块的控制端设置在远离机场停机坪的控制室内。
本发明的优点在于：噪音发电模块用于吸收飞机起降过程中的噪音并用以发电；雾霾检测模块通过雾霾传感器检测空气中的雾霾浓度，结合通讯模块及远程控制平台实现装置的远程控制；无叶抽吸模块用于抽吸机场跑道周围的空气并传送至雾化净化腔中；雾化除霾模块用于除霾、净化空气；照明警示模块用于向飞行员展示该装置及跑道边缘位置；行走模块用于便捷移动及固定本装置。本发明体现了“以害治害”的设计思路，利用机场产生的噪音进行发电，降低了机场区域的噪音污染，改善了工作人员的工作环境以及周边住户的居住环境，回收了噪音中的能量；将电能用以除霾，降低了机场区域的雾霾浓度，保证了雾霾天气下的航行安全；运用雾霾传感器实时监测空气中雾霾浓度，结合通讯模块及远程控制平台实现了对该装置的远程操控，提高了除霾效率。
附图说明
附图1为本发明基于噪音发电技术的机场除霾装置结构示意图。
附图2为不含稳压器及蓄电池的噪音发电模块的轴测视图。
附图3为不含稳压器及蓄电池的噪音发电模块的俯视图。
附图4为本发明的内部结构示意图。
附图5为本发明的俯视结构示意图。
附图6为本发明的仰视结构示意图。
图中：1噪声采集腔、2亥姆霍兹共振腔、3压电材料、4吸声材料、5稳压器、6蓄电池、7雾霾传感器、8无叶抽吸装置、9雾化净化腔、10空气过滤装置、11雾化喷头、12空压机、13水箱、14照明警示灯、15万向轮、16支撑板、17部件置放腔、18顶板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
图中所示的基于噪音发电技术的机场除霾装置，包括支撑板16，还包括噪音发电模块、雾霾检测模块、无叶抽吸模块、雾化除霾模块、照明模块、行走模块和控制模块，雾霾检测模块、无叶抽吸模块、雾化除霾模块、照明模块均分别与控制模块和噪音发电模块连接。其中，行走模块安装在支撑板底部，噪音发电模块设置在支撑板16顶部，噪音发电模块整体呈弧形，无叶抽吸模块整体也呈弧形，噪音发电模块的弧形开口侧和无叶抽吸模块的弧形开口侧相对布置，共同围成部件置放腔17。
其中噪音发电模块包括由外向内依次设置的噪声采集腔1、亥姆霍兹共振腔2、压电材料3和吸声材料4，还包括蓄电池，压电材料通过稳压器5与蓄电池6连接。噪声采集腔1采用弧面结构，能最大限度的采集机场中的噪音，在采集腔表面均布有大小形状一致的噪声采集孔，来自机场环境的噪声通过噪声采集孔进入腔体。在每个噪声采集孔后都分布着亥姆霍兹共振腔2，通过噪声采集腔1的噪声进入亥姆霍兹共振腔2内，引起共振，使腔内空气的振动幅度达到最大。加强后的噪声振动波作用在压电材料3上，压电材料的两个表面随着振动产生大小相等、极性相反的电荷，进而产生电势差，实现噪音发电功能。而后将产生的电能传导至稳压器5，在稳压器5的作用下，输出一定范围的稳定电压，最后将电能传导至蓄电池6中进行储存。经过亥姆霍兹共振腔2作用后未被完全吸收的噪音，会被吸声材料4吸收，达到进一步降噪的目的。
雾霾检测模块包括雾霾传感器7。本装置采用GP2Y1010AU雾霾传感器进行检测，雾霾检测模块安装在整个装置顶部。当机器开始工作时，雾霾传感器7实时监测空气中的雾霾浓度，并通过2.4G无线模块传输至远程控制模块，工作人员可根据实际环境中的雾霾浓度决定是否除霾。
无叶抽吸模块包括无叶抽吸装置8、雾化净化腔9及空气过滤装置10。无叶抽吸装置8工作时，无叶抽吸装置8中的电动马达带动风扇旋转，吸入空气；气旋加速器使空气加速流动；而后气流从管道细微风槽中流至雾化净化腔9内，形成负压，进而带动雾化净化腔9内的气体流经空气过滤装置10，实现对空气的高效抽吸作用。
雾化除霾模块包括雾化喷头11、空压机12及水箱13。雾化喷头11均布于雾化净化腔9的内壁上，通过管道分别与空压机12、水箱13连接。空压机12可产生高压气体，高压气体高速冲击雾化喷头11的共振腔，在出口处形成超声波声场。水流在超声波声场作用下雾化，水雾颗粒直径一般在1-50μm之间，可有效吸附雾霾粒子，达到净化效果。其中，空压机12和水箱13设置支撑板16上，位于部件置放腔17内。
照明模块包括照明警示灯14。照明警示灯14安装于本装置顶部，在能见度较低的情况下，可发出具有较强穿透力的红光，方便飞行员在飞机起降过程中识别该装置位置。
行走模块包括万向轮15。本发明正常工作时，万向轮15处于锁死状态；如需移动整机，则解除万向轮15的锁死状态。
无叶抽吸模块的顶部设置有顶板18，照明警示灯14和雾霾传感器7均安装在顶板18上。
整机工作程序是：通过噪音发电模块吸收机场区域内的噪音能量，并将噪音能量用于发电。同时，通过雾霾检测模块实时检测环境中的雾霾浓度，并将雾霾浓度值发送到控制模块，如环境中的雾霾浓度达到预定值，远程控制模块控制无叶抽吸模块及雾化除霾模块开始工作，实现对空气的净化。能见度较低时，远程控制模块控制照明模块开始工作，用于提示飞行员该装置位置，避免事故。需要移动整机时，解除万向轮15的锁死状态，通过牵引装置带动整机灵活移动。控制模块里面拟采用单片机作为控制器。
本发明设置于机场跑道两旁，每10m安置一台。能容下本发明的最小矩形框尺寸长宽高为：2800mmx2000mmx3000mm。
本发明的发电量及除霾效果如下：
1、发电情况计算
以首都国际机场为例，机场平均每天起降1500架次航班，一架普通民航飞机起降时间约为30s，由此可知首都国际机场一天产生噪音的时间为t，
t＝1500×30÷60÷60＝12.5h
飞机起降过程产生的噪声约为160dB，根据声功率级计算公式dB＝10lg(Lw/L0)，其中L0＝1pw＝10-12w，得出飞机起降过程产生的噪音声功率Lw为：
所以首都机场每天产生的噪音能量W为：
W＝10×12.5＝125kw·h
考虑到压电材料发电时有能量损失，查阅资料得知压电材料发电的最大转化率为80.6％，此处取70％，综合考虑亥姆霍兹共鸣器的能量损失，设发电总效率为50％，所以每天可发的电量Wo为：
Wo＝125×0.5＝62.5kw·h
2、除霾情况计算
本发明中抽风管道截面为长2m×宽0.5m的长方形，则抽风管道的面积S为，
S＝2×0.5＝1m2
无叶风扇理论风速为35km/h，所以管道中风的流量为q，
q＝35×1＝3.5×104m3/h
以首都国际机场为例，其跑道长为2000m，且标准规定跑道最小宽度为150m，跑道内不允许放障碍物，需清除跑道雾霾高度为30m，则机场跑道要处理的雾霾空气的体积V为：
V＝2000×150×30＝9×106m3
在理想状况下，单个机器吸入整个机场跑道雾霾空气的时间T1为：
T1＝9×106÷(3.5×104)＝257h
考虑到装置可能存在重复吸入已净化空气的情况，设吸入效率η＝75％，则装置处理完整个整个机场跑道雾霾的时间T2为:
T2＝T1/η＝38.55÷0.75＝342.67h
由于机场跑道两边都设有此装置，且每10m安置一台，所以跑道上共放置400台此装置，则总体处理整个机场跑道雾霾的时间T为：
T＝T2/400＝0.857h＝51.4min
对于中度污染的雾霾天气，空气质量指数，即AQI指数为171，其对应的雾霾颗粒浓度为130μg/m3。而本装置运用超声雾化除霾及过滤式除霾两种除霾原理，设装置雾霾颗粒净化效率为85％，则经装置处理后空气中雾霾浓度c为：
c＝130×(1-0.85)＝19.5μg/m3
空气质量达到优的标准。
以上计算均假设机场跑道上空空气与周围环境空气不进行流动，实际情况下，空气流动性较大，很难保证不与周围环境进行交换。但本装置在雾霾天气下一直运作，对本装置工作区域范围内的空气进行持续净化，能保证在雾霾天气下该装置的工作区域内的雾霾浓度符合飞机的起降标准。
附：根据《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》(HJ 633—2012)规定：空气污染指数划分为0－50、51－100、101－150、151－200、201－300和大于300六档，对应于空气质量的六个级别，指数越大，级别越高，说明污染越严重，对人体健康的影响也越明显。
空气污染指数为0－50，对应颗粒物浓度0—35(μg/m3)，空气质量级别为一级，空气质量状况属于优。
空气污染指数为51－100，对应颗粒物浓度35—75(μg/m3)，空气质量级别为二级，空气质量状况属于良。
空气污染指数为101－150，对应颗粒物浓度75—115(μg/m3)，空气质量级别为三级，空气质量状况属于轻度污染。
空气污染指数为151－200，对应颗粒物浓度115—150(μg/m3)，空气质量级别为四级，空气质量状况属于中度污染。
空气污染指数为201－300，对应颗粒物浓度150—250(μg/m3)，空气质量级别为五级，空气质量状况属于重度污染。
空气污染指数大于300，对应颗粒物浓度大于250(μg/m3)，空气质量级别为六级，空气质量状况属于严重污染。
以上为本发明较佳的实施方案，本发明所属领域的技术人员还能对上述实施方案进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方案，凡是本领域技术人员在发明的基础上所做的显而易见的该改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于噪音发电技术的机场除霾装置，其特征在于：包括噪音发电模块、雾霾检测模块、无叶抽吸模块、雾化除霾模块、照明模块、行走模块和控制模块，所述雾霾检测模块、无叶抽吸模块、雾化除霾模块、照明模块均与控制模块和噪音发电模块连接，共同组成具有行走、照明、发电和除霾的装置；
所述噪音发电模块用于吸收噪音并发电，并为整个装置提供动力；
所述控制模块用于控制雾霾检测模块、无叶抽吸模块、雾化除霾模块和照明模块；
所述行走模块用于调整整个装置的位置。
2.根据权利要求1所述的基于噪音发电技术的机场除霾装置，其特征在于：所述噪音发电模块包括由外向内依次设置的噪声采集腔(1)、亥姆霍兹共振腔(2)、压电材料(3)和吸声材料(4)，还包括蓄电池，所述压电材料通过稳压器(5)与蓄电池(6)连接。
3.根据权利要求2所述的基于噪音发电技术的机场除霾装置，其特征在于：所述雾霾检测模块包括雾霾传感器(7)。
4.根据权利要求3所述的基于噪音发电技术的机场除霾装置，其特征在于：所述无叶抽吸模块包括依次连接的无叶抽吸装置(8)、雾化净化腔(9)和空气过滤装置(10)，其中，所述无叶抽吸装置(8)与控制模块连接。
5.根据权利要求4所述的基于噪音发电技术的机场除霾装置，其特征在于：所述雾化除霾模块包括雾化喷头(11)、空压机(12)和水箱(13)，所述雾化喷头(11)均布于雾化净化腔(9)的内壁上，所述雾化喷头通过管道分别与空压机(12)和水箱(13)连接，其中，所述空压机(12)与控制模块连接。
6.根据权利要求5所述的基于噪音发电技术的机场除霾装置，其特征在于：所述行走模块由若干万向轮(15)组成。
7.根据权利要求6所述的基于噪音发电技术的机场除霾装置，其特征在于：所述照明模块为照明警示灯(14)。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的基于噪音发电技术的机场除霾装置，其特征在于：还包括支撑板(16)，所述行走模块安装在支撑板底部，所述噪音发电模块设置在支撑板(16)顶部，所述噪音发电模块整体呈弧形，所述无叶抽吸模块整体也呈弧形，所述噪音发电模块的弧形开口侧和无叶抽吸模块的弧形开口侧相对布置，共同围成部件置放腔(17)，所述空压机(12)和水箱(13)设置支撑板(16)上，位于部件置放腔(17)内，所述无叶抽吸模块的顶部设置有顶板(18)，所述照明模块和雾霾检测模块均安装在顶板(18)上。
9.根据权利要求8所述的基于噪音发电技术的机场除霾装置，其特征在于：所述稳压器(5)与蓄电池(6)也安装在支撑板(16)上，位于部件置放腔(17)内。
10.根据权利要求9所述的基于噪音发电技术的机场除霾装置，其特征在于：所述控制模块的控制端设置在远离机场停机坪的控制室内。
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