CN107190660A - 一种带自发电的隔声屏障 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带自发电的隔声屏障，它包括隔音壁、设置在隔音壁内部的接触起电部、多个从上到下依次排列的横隔板、多个从左到右依次排列的侧隔板，接触起电部、多个横隔板、多个侧隔板连接构成多个密封的空间单元，每个空间单元内设置有轻质球体，接触起电部竖直设置，横隔板与接触起电部成锐角，每个轻质球体被构成该轻质球体所在空间单元的横隔板托住并可脱离地靠在构成该轻质球体所在空间单元的接触起电部上，轻质球体具有与接触起电部相互接触起电的第一接触起电层，当隔音壁受风压或声波振动时，第一接触起电层与接触起电部相脱离和接触而产生电荷输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种带自发电的隔声屏障。
背景技术
随着道路桥梁的大量兴建，铁路公路的交通噪声污染也日益严重，在道路(公路、铁路)的两侧设置隔声屏障是目前较多采用的一种降低交通噪声的方法。隔声屏障(soundinsulation screen)是一个隔声设施，它为了遮挡声源和接收者之间直达声，在声源和接收者之间插入一个设施，使声波传播有一个显著的附加衰减，从而减弱接收者所在的一定区域内的噪声影响。
隔声屏障常见的类型有四种，分别是阻性声屏障，普通透明声屏障，微孔板透明声屏障以及复合式声屏障。阻性隔声屏障由前板，后板，侧板构成一个封闭的箱式结构，形成一个模块化单元。前板为穿孔率25％的镀锌钢板，后板和侧板为不穿孔的镀锌钢板，(从美观角度考虑，也可用彩色钢板)，两层板之间内填防潮离心玻璃棉板，吸声材料用聚氟乙烯薄膜覆盖。普通透明隔声屏障采用透明的聚碳酸酯板(又称PC板)，因为是透明，隔声屏障的景观感较好，比较容易溶入周围的环境，颜色可选。微孔板透明隔声屏障有2层，它应用了微孔吸声原理，在1层聚碳酸酯板上穿许多直径为0.8mm的小孔，穿孔率1％，另一层聚碳酸酯板不穿孔，两层板之间的间距为100mm，它相当于一个单层微孔吸声结构，解决了吸声和透明之间的矛盾。由于声波的作用，微孔并不会被灰尘堵塞。复合式隔声屏障兼有透明和不透明隔声屏障的优点。它的一半是阻性隔声屏障，另一半是透明隔声屏障，由一与二复合而成以上4种隔声屏障的高度可根据设计要求自由组合，亦可根据需求定制路屏。目前国内用于交通隔声屏障的吸声材料主要是超细玻璃棉、矿棉等无机材料。
现有技术的缺点：1.目前国内的降噪关注点更多的是在噪声源地减弱和在传播路径中做隔声屏障，忽略了隔声屏障本身承受循环荷载时的损坏而带来的降噪效果减弱。国内现大量使用的超细玻璃棉类吸声材料本身强度较低，性脆易断，在长期的大流量的交通流振动产生的交变荷载、车辆经过产生的振动和风压影响下，纤维材料的脆性断裂和粉尘化使原来的均质结构不复存在，造成螺栓、连接件松动、失效、隔声屏障单元板的破损，隔声屏障未能起到有效的吸声降噪。
2.日常维护工作量大，效率低。隔声屏障日常维护和定期保养是确保声屏障外观整洁、设施完好、结构安全、保持其降噪功能必不可少的工作。但是隔声屏障的内部损坏不易发现，加大了日常维护的难度，会造成维修更换不及时，费时费力。
3.国内现有隔声屏障沿线缺乏良好的预警机制。铁路、高速公路沿线的隔声屏障一旦发生损坏，若未及时修复，在无显眼标识预警的情况下，存在着一定的安全隐患。
4.公路(铁路)沿线信号控制、照明需求、电子摄像头等用电须单独从附近供电局铺设电缆，增加投资和运营成本，不符合环保理念。随着我国铁路的快速发展，铁路网的覆盖面也越来越广，公共电力网不可能方便地向铁路沿线所有用电地点供电，对于地点偏远、规模不大、人员不多的中小型站点，从公共电力网接引电源会产生电网建设的高额费用并带来维护工作的诸多不便。铁路沿线虽然有铁路专用供电接触网，但因其为单相高压交流电，且电压波动范围可达-30％～+24％之大，同时电力机车在运行过程中也会造成接触网电压畸变，其供电质量明显低于公共电力网，用普通电力设备很难满足电源变换要求。
发明内容
为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提出一种带自发电的隔声屏障。
为了达到上述目的，本发明提供了一种技术方案：一种带自发电的隔声屏障，它包括隔音壁、设置在隔音壁内部的接触起电部、多个从上到下依次排列的横隔板、多个从左到右依次排列的侧隔板，接触起电部、多个横隔板、多个侧隔板连接构成多个密封的空间单元，每个空间单元内设置有轻质球体，接触起电部竖直设置，横隔板与接触起电部成锐角，每个轻质球体被构成该轻质球体所在空间单元的横隔板托住并可脱离地靠在构成该轻质球体所在空间单元的接触起电部上，轻质球体具有与接触起电部相互接触起电的第一接触起电层，当隔音壁受风压或声波振动时，第一接触起电层与接触起电部相脱离和接触而产生电荷输出。本申请中的左右方向为隔音壁的长度方向，即道路的长度方向。
进一步地，接触起电部为设置在隔音壁内部的电极。
进一步地，接触起电部包括与第一接触起电层相互接触和脱离而产生电荷输出的第二接触起电层、能够感应第一接触起电层与第二接触起电层相互接触起电时所产生电荷的电极。
更进一步地，第二接触起电层为贴附在电极表面上的薄膜，薄膜为聚合物材料、铝箔或铜箔。
进一步地，接触起电部为多个时，多个接触起电部从前到后依次排列。本申请中的前后方向为隔音壁的厚度方向。
进一步地，第一接触起电层为聚合物材料。
更进一步地，聚合物材料为聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物或聚酰亚胺。
进一步地，轻质球体为空心结构。
进一步地，第一接触起电层为轻质球体自身的外壁或贴附在轻质球体外表面上的薄膜。
进一步地，电极与外部负载相电连接，外部负载的与电极相连接一端相反的另一端接地。外部负载可采用LED灯等。
通过采用上述技术方案，本发明带自发电的隔声屏障，具有以下优点：
1.在不减弱原有的降噪效果基础上，利用压电材料和吸噪材料将噪声和振动对空气地挤压转化为电能，满足沿线的弱电需求，产生可再生的绿色能源。由于空气挤压和振动的能量被吸收，循环荷载减小，使屏障板单次振幅减小，减弱循环荷载带来的对吸声材料的损坏，增长隔声屏障的使用年限。
2.通过电路中电压的变化，自动形成一套维护系统，用于对公路(铁路)沿线隔声屏障的监管，可发现内部损坏、螺栓连接件的松动等不易发现的问题，节约人力物力，降低运营维护成本。
3.可在沿线隔声屏障设置明显的警示标志，如LED灯等，其电力由自发电产生，消除隐藏隐患。
4.自发电产生的电力可由蓄电池储蓄，经一系列地转换后满足公路(铁路)沿线的信号控制、GPS定位、传感器等用电，传感器的应用包括设置振动传感器来检测隔声屏障是否损坏、设置位置传感器来检测是否有障碍物进入道路等等，GPS定位有助于对车辆(列车)的行驶状况进行实时监控，能够及时发现车辆(列车)的行驶异常，而自发电产生的多余电力甚至可用于附近居民用电或其他方面，符合可持续发展的理念。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明一种带自发电的隔声屏障的立体结构示意图；
图2为本发明实施例一中一种带自发电的隔声屏障的剖面结构示意图；
图3至图5为本发明一种带自发电的隔声屏障的工作过程原理图。
图中标号为：
1、隔音壁；2、轻质球体；3、接触起电部；31、连接电极；4、外部负载；5、横隔板；6、侧隔板；7、空间单元。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参照附图1至附图5，本实施例中的一种带自发电的隔声屏障，它包括隔音壁1、设置在隔音壁1内部的接触起电部3、多个从上到下依次排列的横隔板5、多个从左到右依次排列的侧隔板6(本申请中的左右方向为隔音壁1的长度方向，即道路的长度方向)，接触起电部3、多个横隔板5、多个侧隔板6连接构成多个密封的空间单元7。多个空间单元7呈阵列结构排列。
接触起电部3竖直设置，横隔板5相对水平面略倾斜设置，其与接触起电部3成锐角。每个空间单元7内设置有轻质球体2，每个轻质球体2被构成该轻质球体2所在空间单元7的横隔板5托住并可脱离地靠在构成该轻质球体2所在空间单元7的接触起电部3上，轻质球体2具有与接触起电部3相互接触起电的第一接触起电层，当隔音壁1受风压或声波振动时，第一接触起电层与接触起电部3相脱离和接触而产生电荷输出。
由于上述的横隔板5倾斜设置且与接触起电部3成锐角，因此在不受外力的情况下，轻质球体2能够稳定地靠在接触起电部3上。当受外力时，轻质球体2脱离接触起电部3，同样由于倾斜的横隔板5作用，当外力消失时，轻质球体2能够回落靠在接触起电部3上。因此上述锐角的角度不宜过大，否则轻质球体2回落很慢，角度也不宜过小，否则轻质球体2再受外力时无法脱离接触起电部3或与脱离接触起电部3的距离过小，本实施例中给出一种优选的锐角角度为70°～85°。
接触起电部3为多个时，多个接触起电部3从前到后依次排列(本申请中的前后方向为隔音壁1的厚度方向)。优选地，多个接触起电部3通过连接电极31相连接。如附图2所示的本实施例中的接触起电部3有两个，连接电极31连接于接触起电部3的底部。
本实施例中，接触起电部3为设置在隔音壁1内部的电极。电极直接或通过连接电极31与外部负载4相电连接，外部负载4的与电极相连接一端相反的另一端接地。外部负载4可采用LED灯等。
轻质球体2为空心结构，以保证其质量足够轻，从而在隔音壁1受风压或声波振动时，轻质球体2能够脱离接触起电部3。轻质球体2的直径依据空间单元7的大小而定。
在一种更为优选的实施方案中，轻质球体2事先进行过极化处理，增加其表面积极化效果不会随时间消失。
第一接触起电层和接触起电部3的材料的选用，理论上只要起电系数不同，都能够接触起电，具体材料如何选择则依赖于起电系数。在本实施例中，由于接触起电部3为电极，材料优选金属，如铝箔电极或铜箔电极，所以第一接触起电层优选为聚合物材料。聚合物材料优选为聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)或聚酰亚胺(Kapton)。
第一接触起电层可以为轻质球体2自身的外壁，即轻质球体2采用聚合物材料制成；第一接触起电层也可以为贴附在轻质球体2外表面上的薄膜，该薄膜为聚合物材料，而轻质球体2自身可采用聚合物材料、具有弹性的橡胶材料，也可采用金属材料，而金属材料因密度较大，会比较重，实际应用时可视具体情况而定。
以本实施例中的结构为例，结合附图3至附图5，说明本一种带自发电的隔声屏障的工作原理：如附图3所示，在正常状态下，轻质球体2在倾斜的横隔板5上，因重力靠在接触起电部3上，第一接触起电层和接触起电部3的两种材料所带电荷一正一负，附图中的电荷标示仅为示例，具体正负由材料决定；如附图4所示，在受风压或声波振动时，轻质球体2受力与接触起电部3相脱离，脱离过程中产生电荷输出；如附图5所示，轻质球体2回落复位，再次与接触起电部3相接触，反向电流出现。对于直径3cm的轻质球体2，外表面贴附有Kapton膜(第一接触起电层)与铝箔电极(接触起电部)进行配合的情况，在接触分离之后，单个空间单元7内的轻质球体2可以产生50V以上的开路电压，以及3～4μA的短路输出电流，优化输出功率可以为0.06mW。阵列结构的总输出为多个单个空间单元7内所产生输出的叠加。
实施例二
本实施例中的一种带自发电的隔声屏障与实施例一的区别仅在于：接触起电部3包括与第一接触起电层相互接触和脱离而产生电荷输出的第二接触起电层(附图未画出)、能够感应第一接触起电层与第二接触起电层相互接触起电时所产生电荷的电极。电极采用感应电极，优选为金属电极。
具体地，第二接触起电层为贴附在电极表面上的薄膜，薄膜为聚合物材料、铝箔或铜箔，优选为聚合物材料。聚合物材料优选为聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)或聚酰亚胺(Kapton)。而第一接触起电层可选用聚合物材料或金属材料。聚合物材料优选为聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)或聚酰亚胺(Kapton)。金属材料优选为铝箔或铜箔，而金属材料因密度较大，会比较重，实际应用时可视具体情况而定。
本一种带自发电的隔声屏障，具有以下优点：
1.在不减弱原有的降噪效果基础上，利用压电材料和吸噪材料将噪声和振动对空气地挤压转化为电能，满足沿线的弱电需求，产生可再生的绿色能源。由于空气挤压和振动的能量被吸收，循环荷载减小，使屏障板单次振幅减小，减弱循环荷载带来的对吸声材料的损坏，增长隔声屏障的使用年限。
2.通过电路中电压的变化，自动形成一套维护系统，用于对公路(铁路)沿线隔声屏障的监管，可发现内部损坏、螺栓连接件的松动等不易发现的问题，节约人力物力，降低运营维护成本。
3.可在沿线隔声屏障设置明显的警示标志，如LED灯等，其电力由自发电产生，消除隐藏隐患。
4.自发电产生的电力可由蓄电池储蓄，经一系列地转换后满足公路(铁路)沿线的信号控制、GPS定位、传感器等用电，传感器的应用包括设置振动传感器来检测隔声屏障是否损坏、设置位置传感器来检测是否有障碍物进入道路等等，GPS定位有助于对车辆(列车)的行驶状况进行实时监控，能够及时发现车辆(列车)的行驶异常，而自发电产生的多余电力甚至可用于附近居民用电或其他方面，符合可持续发展的理念。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种带自发电的隔声屏障，其特征在于：它包括隔音壁、设置在所述隔音壁内部的至少一个接触起电部、多个从上到下依次排列的横隔板、多个从左到右依次排列的侧隔板，所述至少一个接触起电部、多个所述横隔板、多个所述侧隔板连接构成多个密封的空间单元，每个所述空间单元内设置有轻质球体，所述的接触起电部竖直设置，所述横隔板与接触起电部成锐角，每个所述轻质球体被构成该轻质球体所在空间单元的横隔板托住并可脱离地靠在构成该轻质球体所在空间单元的接触起电部上，所述的轻质球体具有与所述接触起电部相互接触起电的第一接触起电层，当所述隔音壁受风压或声波振动时，所述的第一接触起电层与接触起电部相脱离和接触而产生电荷输出。
2.根据权利要求1所述的带自发电的隔声屏障，其特征在于：所述的接触起电部为设置在隔音壁内部的电极。
3.根据权利要求1所述的带自发电的隔声屏障，其特征在于：所述的接触起电部包括与所述第一接触起电层相互接触和脱离而产生电荷输出的第二接触起电层、能够感应所述第一接触起电层与第二接触起电层相互接触起电时所产生电荷的电极。
4.根据权利要求3所述的带自发电的隔声屏障，其特征在于：所述的第二接触起电层为贴附在所述电极表面上的薄膜，所述的薄膜为聚合物材料、铝箔或铜箔。
5.根据权利要求1所述的一种带自发电的隔声屏障，其特征在于：所述的接触起电部为多个时，多个接触起电部从前到后依次排列。
6.根据权利要求1所述的一种带自发电的隔声屏障，其特征在于：所述的第一接触起电层为聚合物材料。
7.根据权利要求6所述的一种带自发电的隔声屏障，其特征在于：所述的聚合物材料为聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物或聚酰亚胺。
8.根据权利要求1所述的一种带自发电的隔声屏障，其特征在于：所述的轻质球体为空心结构。
9.根据权利要求1所述的一种带自发电的隔声屏障，其特征在于：所述的第一接触起电层为轻质球体自身的外壁或贴附在所述轻质球体外表面上的薄膜。
10.根据权利要求2或3所述的带自发电的隔声屏障，其特征在于：所述的电极与外部负载相电连接，所述外部负载的与电极相连接一端相反的另一端接地。
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| CN201710484788.1A Active CN107190660B (zh) | 2017-06-23 | 2017-06-23 | 一种带自发电的隔声屏障 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113585113A (zh) * | 2021-08-05 | 2021-11-02 | 山东省路桥集团有限公司 | 一种可发电的桥梁用快速安拆隔声屏障 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201134765Y (zh) * | 2007-12-27 | 2008-10-15 | 刘若峰 | 压电式噪音震动自发电装置 |
| KR20120069178A (ko) * | 2010-12-20 | 2012-06-28 | 엄기현 | 발전 장치 |
| CN103368446A (zh) * | 2012-09-14 | 2013-10-23 | 国家纳米科学中心 | 静电发电机及其制备方法和自驱动传感系统 |
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| CN105406573A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-03-16 | 吉林大学 | 能够回收噪声能量的汽车吸隔声装置 |
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-
2017
- 2017-06-23 CN CN201710484788.1A patent/CN107190660B/zh active Active
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| Publication number | Publication date |
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| CN107190660B (zh) | 2023-05-12 |
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