CN108194874A - 基于超级电容的消防设备 - Google Patents

Abstract

基于超级电容的消防设备，属于消防领域，包括灯座、连接在灯座上的灯杆、与灯杆顶端连接的灯罩、设置在灯罩顶端的灯盖；所述灯罩内设置有灯泡和与灯泡连接的电路板；所述灯盖顶端设有光伏板，所述灯盖内设置有与光伏板电连接的电源模块；所述电源模块包括多个并联的超级电容，每个超级电容均包括，包括第一电极、第二电极以及电解液，所述电解液为固体聚合物胶体电解液，所述第一电极及第二电极间隔设置于所述固体聚合物胶体电解液中，并与该固体聚合物胶体电解液共同形成一整体结构。本发明兼具路灯和消防应急灯的作用，充分利用超级电容来缓冲瞬间大电流，为人们提供应急光源，能够帮助人们避免灾害带来的危险。

Description

基于超级电容的消防设备

技术领域

本发明涉及消防设备技术领域，具体涉及一种基于超级电容的消防设备。

背景技术

消防设备，是指用来是用来应对火灾而进行的报警以及灭火设备，常用的消防设备有火灾自动报警系统、室内消火栓、室外消火栓等固定设备，除此之外还有最常用到的消防应急灯。消防应急灯是在火灾发生时，为人们照明逃生路线使人们快速逃离的照明灯具。现有的消防应急灯一般都是设置在大楼灯固定设施内部，而对于大楼外园区乃至道路的上根本没有布置。究其原因，是因为现有的消防应急灯主要依赖于大楼等固定设施内部的充电电源提供能源供应，如果将消防应急灯设置到大楼外部则因为线路过长会生产传输损坏，无法充分满足所有消防应急灯的供电需求。然而，随着地震灾害频发，消防设备已经逐渐开始肩负起防火抗震的双重作用，因此十分有必要扩展消防应急灯的布置范围。

为了解决消防应急灯的电能供应问题，有些人在消防应急灯中安装蓄电池，然后定期对蓄电池进行充电以确保在使用消防应急灯的时候，蓄电池内的电能充沛。然而，蓄电池因其自身结构的限制，随着使用时间的增加，蓄电池在充放电过程中，会极大损耗蓄电池的储电能力和放电能力。相比于蓄电池，超级电容具有更好的充放电能力，能够反复充放电数十万次。然而超级电容的电解质为液体，为了避免电解质泄露，对于整个超级电容的封装要求比普通的蓄电池更高，这使超级电容不能取代蓄电池在消防设备中使用。

发明内容

本发明意在提供一种兼具路灯功能的基于超级电容的消防设备。

为达到以上目的，提供如下方案：

基于超级电容的消防设备，包括灯座、连接在灯座上的灯杆、与灯杆顶端连接的灯罩、设置在灯罩顶端的灯盖；所述灯罩内设置有灯泡和与灯泡连接的电路板；所述灯盖顶端设有光伏板，所述灯盖内设置有与光伏板电连接的电源模块；所述电源模块包括多个并联的超级电容，每个超级电容均包括，包括第一电极、第二电极以及电解液，所述电解液为固体聚合物胶体电解液，所述第一电极及第二电极间隔设置于所述固体聚合物胶体电解液中，并与该固体聚合物胶体电解液共同形成一整体结构。

原理及效果：

直接在常规路灯中设置光伏板和与光伏板连接的电源模块，将常规路灯变为可以不用市电供电的消防应急灯，能够在平时通过光伏板将太阳能转化为电能存储在电源模块中。本发明中的电源模块采用了超级电容，相比与现在的蓄电池，超级电容具有更强的充放电特性，能够反复充电，使消防应急灯中的电源模块使用时间更加持久。本发明中的超级电容中的电极为碳纳米管复合膜构成，而碳纳米管复合膜具有非常好的柔性，并且该超级电容为两个碳纳米管复合膜设置于固体聚合物胶体电解液中，并与该固体聚合物胶体电解液形成一个整体结构，该超级电容整体也具有较好的柔性。当外力施加于该超级电容时，碳纳米管复合膜电极不易发生破损，从而该超级电容具有较好的缓冲性能和抗震性能，从而使得该超级电容在弯曲时也具有较好的电化学特性以及循环寿命，使整个消防应急灯在面对地震火灾等恶劣情况下也能够为逃出大楼的人们照明道路的方向。

超级电容器具有优良的脉冲充电性能和大容量储能性能,因其存储能量大,质量轻,可多次充电而成为一种新型的储能装置。超级电容器与蓄电池和传统物理电容器相比,其功率密度较高:可达102-104W/kg,远高于蓄电池目前的功率密度水平；循环寿命长:经过50万次-100万次循环的几秒钟高速、深度充电后,超级电容器的容量和内阻仅降低10％-20％,对其特性影响很小；工作温限宽:在低温状态下,超级电容器其容量变化远小于蓄电池的变化,由于温度对其离子的吸附和脱附速度影响变化不大。免维护:由于超级电容器对过充电和过放电有较强的承受能力,充电效率高,而且可以多次稳定的充电,因此在理论上超级电容是不需要进行维护的；绿色环保:在生产过程中超级电容不使用重金属及其它有害化学物质,而且超级电容器自身寿命较长,因而其可作为一种新型的绿色环保电源。

而本发明中的超级电容又和现有的超级电容有本质区别，通过将超级电容的电解液采用添加了高分子表面活性剂的固体聚合物胶体，使超级电容的胶体电解质具有较好的触变性和稳定性,长的胶凝时间、良好的凝胶强度和弹性，起到了阻止胶体聚集、延缓胶体电解质的胶凝时间和増大凝胶强度,使凝胶更有弹性等作用,有利于解决灌胶难、电解质强度不够和水化分层等问题，使超级电容构建的电源模块有更好的触变性，保证超级电容构成的电源模块的优越性。使本发明能够更好地接收太阳能转化的电能，平衡因为发生应急事故而产生的电流波动。

本发明中的超级电容采用固体聚合物胶体作为电解液，相比普通的液体电解质，固体聚合物胶体为凝胶状不易泄露，对于超级电容的封装采用与普通蓄电池相当的封装要求即可，克服了超级电容封装上的问题。

本发明将常规路灯和消防应急灯结合起来，不仅具有路灯的照明作用，也具有消防应急灯的照明作用，而且，因为路灯都是沿道路设置的，能够使市电回路损坏后消防应急灯仍旧照亮道路给人们指出逃离的方向。本发明兼具路灯和消防应急灯的功能，能够更好地帮助人们应对火灾和地震灾害。

进一步，所述电路板连接市电提供的交流源；所述交流源连接有继电器，所述光伏板通过继电器的常闭开关与所述电路板连通；所述电路板包括灯泡、双向晶闸管、时基集成电路和光敏电阻；所述灯泡和双向晶闸管形成的串联支路连接在由交流源和光伏板提供的电源的正、负极之间，所述光敏电阻与时基集成电路的两个输入端连接，所述双向晶闸管的门极与时基集成电路的输出端连接。

消防应急灯既可以采用市电提供的交流源，又有光伏板提供的直流源备用，当停电时与交流源连接的继电器断电，继电器的常闭开关闭合，光伏板为电路板供能。即使停电也能使LED灯正常使用。白天外界光线强，光敏电阻呈现低阻状态，时基集成电路的两个输入端第二脚和第六脚为高电平，输出端第三脚输出低电平，双向晶闸管无触发电流而关断，灯泡不亮。夜晚，外界光线变弱，光敏电阻呈现高阻状态，时基集成电路的两个输入端第二脚、第六脚为低电平，输出端第三脚输出高电平，双向晶闸管的门极获得触发信号而导通，电灯点亮。根据光线强弱来自动开关灯，使人避免在黑暗环境下摸索行走，避免磕碰，使白天自动关灯，有效节约电能，避免经济损失。

进一步，所述电路板上设有整流滤波电路，所述整流滤波电路包括第四电容、第三电阻、二极管和第三电解电容；所述二极管的阴极、第三电解电容的阳极与时基集成电路的电源电压端和复位端连接，所述二级管的阳极连接第四电容和第三电阻的一端；所述第四电容和第三电阻的另一端连接所述电源的正极。第四电容、第三电阻、二极管和第三电解电容组成的整流滤波电容，对流经灯泡的电流起到整流滤波和降压的作用。

进一步，所述双向晶闸管的第一主极和第二主极之间并联有压敏电阻。压敏电阻用来消除当光伏板将电流引入到超级电容过程中因电流不稳定而出现的各种尖峰脉冲。

进一步，所述光伏板外包裹有透明的防水外壳。防止光伏板被水浸湿。防水外壳上涂覆有防雾层，避免水汽凝结吸附灰尘后遮挡光伏板，影响光伏板吸收太阳光的能力。

进一步，所述灯罩采用钢化玻璃，所述钢化玻璃的内外两侧上均涂有一层防雾层。避免灯罩外的钢化玻璃雾化，使光线变得模糊。防雾层中混合有一些氮化铝粉末，涂覆氮化铝粉末的防雾层位于灯罩的顶面和底面，不会影响光线射出，还通过氮化铝粉末起到散热的作用，使灯罩中的结构能够工作在非高温状态，增加灯罩内设备的使用寿命。

进一步，所述灯罩内设有用来进行环境检测的直播设备。

室外环境，尤其是甲醛、苯和噪声是关系到人们日常生活的关键因素，通过直播设备不仅能够进行环境检测，还能将检测结果直播出去。而且，直播设备设置在灯罩内，能够得到灯罩的保护，灯罩内的灯泡还能为直播设备提供照明，以便更好地拍摄直播画面。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例的电路图。

图3为本发明实施例中的打开灯罩后的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：灯座1、灯杆2、灯罩3、灯盖4、光伏板5、时基集成电路NE555、光敏电阻RG、压敏电阻RV、可调电阻RP、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、双向晶闸管VS、第一电解电容C1、第二电容C2、第三电解电容C3、第四电容C4、稳压管VD1、二极管VD2、灯泡EL、固定架8、转动件9、第一伸缩板10、第二伸缩板11、第三伸缩板12、甲醛检测器13、苯检测器14、噪声检测器15。

如图1所示，基于超级电容的消防设备，包括圆形的灯座1、螺纹连接在灯座1上的圆柱形灯杆2、与灯杆2顶端连接的灯罩3、卡接在灯罩3顶端的灯盖4；灯罩3呈棱柱形。美观大方，同时方便将灯泡的光线散发出去。灯罩内设置有灯泡和与灯泡连接的电路板；灯盖顶端设有光伏板，灯盖内设置有与光伏板电连接的电源模块；电源模块包括多个并联的超级电容，每个超级电容均包括，包括第一电极、第二电极以及电解液，电解液为固体聚合物胶体电解液，第一电极及第二电极间隔设置于固体聚合物胶体电解液中，并与该固体聚合物胶体电解液共同形成一整体结构，第一电极及第二电极为碳纳米管复合膜，该碳纳米管复合膜为多个碳纳米管以及导电聚合物组成的多孔薄膜，多个碳纳米管相互连接形成一碳纳米管骨架，导电聚合物形成导电聚合物层包裹在碳纳米管表面。所述固体聚合物胶体电解液为聚乙烯醇胶体电解液，其质量百分比为44.9wt％的硫酸，质量百分比为45.8wt％的聚乙烯醇以及质量百分比为9.3wt％的水，固体聚合物胶体电解液为厚度为2毫米的胶体薄膜。导电聚合物层为厚度为160纳米的聚噻吩层。第一电极和第二电极的厚度为250微米。

灯罩3采用钢化玻璃。钢化玻璃坚硬耐用。钢化玻璃的外侧上涂有一层防雾层。避免灯罩3外的钢化玻璃雾化，使光线变得模糊。

灯罩3内设置有灯泡和与灯泡连接的电路板；灯盖4顶端设有光伏板5，光伏板5连接电路板；光伏板5外包裹有透明的防水外壳。防止光伏板5被水浸湿。

电路板连接市电提供的交流源；交流源连接有继电器，光伏板5通过继电器的常闭开关与电路板连通。

如图2所示，电路板包括一端与市电的火线L连接的第四电容C4、第三电阻R3、灯泡EL，第四电容C4的另一端与二极管VD2的阳极、第三电阻R3的另一端和稳压管VD1的阴极连接。稳压管VD1的阳极和市电的零线N连接。灯泡EL的另一端连接双向晶闸管VS的T1极，和压敏电阻RV的一端，压敏电阻RV的另一端连接零线N，双向晶闸管VS的T2极连接零线N。双向晶闸管VS的门极连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接时基集成电路NE555的第三脚。

二极管VD2的阴极连接第三电解电容C3的阳极、光敏电阻RG的一端、时基集成电路NE555的第四脚和第八脚，第三电解电容C3的阴极连接零线N。光敏电阻RG的另一端连接第一电阻R1的一端和可调电阻RP的一端，第一电阻R1的另一端连接时基集成电路NE555的第二脚和第六脚，时基集成电路NE555的第二脚与第六脚连接。可调电阻RP的另一端和可调端连接至零线N。时基集成电路NE555的第六脚连接第一电解电容C1的阳极，第一电解电容C1的阴极连接零线N。时基集成电路NE555的第一脚连接零线N。时基集成电路NE555连接第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端连接零线N。

由光敏电阻RG的阻值大小确定时基集成电路NE555的第二脚和第六脚电位的高低，进一步确定时基集成电路NE555的第三脚的输出电平，并以此决定是否触发双向晶闸管VS的导通与截止。第四电容C4、第三电阻R3、二极管VD2和第三电解电容C3组成降压、整流和滤波电路。稳压管VD1起到交流电源降压后的稳压作用。压敏电阻RV用来消除电网中的各种尖峰脉冲。可调电阻RP为光控灵敏度调节器，当调节到合适的暗点开灯后，可获得满意的自动开关灯效果。

白天外界光线强，光敏电阻RG呈现低阻状态，时基集成电路NE555的第二脚和第六脚为高电平，第三脚输出低电平，双向晶闸管VS无触发电流而关断，灯泡EL不亮。夜晚，外界光线变弱，光敏电阻RG呈现高阻状态，时基集成电路NE555的第二脚、第六脚为低电平，第三脚输出高电平，双向晶闸管VS的门极通过第二电阻R2获得触发信号而导通，灯泡EL点亮。

如图3所示，直播设备包括安装在灯罩内的摄像头，摄像头安装在固定架8上。固定架8呈U字型，固定架8包括一个用来托起摄像头的底板和两个垂直于底板并且能相对移动夹紧直播设备的侧板。在固定架8的下方设置有用来使固定架8能够转动的转动件9。通过转动件9可以调节固定架8的方向，使在固定架8上的摄像头能够根据拍摄的需要进行转向调整。固定架8的上方用来安装灯泡EL，灯泡EL安装在摄像头的上方，方便为摄像头打光，使拍摄出的画面更加清楚，使摄像头能够清楚地将检测结果拍摄到直播画面中。

转动件9的下方设有三个用来分别安装甲醛检测器13、苯检测器14和噪声检测器15的伸缩板。每个伸缩板的一端为固定端，固定端与固定架相对静止。伸缩板的另一端为伸缩端，伸缩端都能够相对固定架8进行伸缩运动。当需要将检测结果展示到摄像画面中的时候，将伸缩板向远离固定架8的方向拉动，使伸缩板自由端上安装的甲醛检测器13、苯检测器14和噪声检测器15以及各自的检测结果能够出现在直播设备的拍摄范围内，使这些检测结果出现在直播画面中，随着道路的拍摄画面一起成为直播画面内容，使观看直播的人们能够在查看道路监控情况的同时，得到其他需要了解的室外环境信息。有助于提高人们对于室外环境的直观感受，有助于检测出当地的环境情况。其中，三个伸缩板分别为第一伸缩板10、第二伸缩板11和第三伸缩板12，每个伸缩板包括多个层叠设置彼此套接的套管，通过拉伸可以将整个伸缩板拉长或缩短。甲醛检测器13和苯检测器14都是通过现有技术，直接在一个装有相应试剂的检测盒中装有用来进行测试的相应试纸。为了方便甲醛检测器13和苯检测器14进行多次连续地使用，在两个检测盒中开有用来放试纸的抽屉。噪声检测器15，就是现有的市面上售卖的噪声检测器15。

在伸缩板的下方设置有用来支撑伸缩板和转动件9的灯杆2和焊接在灯杆2底端起支撑作用的灯座1。三个伸缩板的固定端连接成一个整体的固定板，灯杆2的顶端与固定板底面焊接，固定板顶面上开有凹槽，凹槽内安装转动件的固定部，转动件的转动输出轴连接位于转动件9上方的固定架8。灯杆2、伸缩板、转动件9和固定架8的连接关系是现有技术，也可以使用能够达到这些功能的其他现有连接方式。而为了方便直播设备的移动，可以在灯座1的底面上安装滚轮。灯杆2可以选用通过旋转进行伸缩的伸缩杆，方便在不同的直播拍摄环境下调整直播设备的拍摄高度，更加方便将灯泡安装在不同的高度上。转动件9可以是一个螺纹连接的具有内螺纹的圆环，也可以是套在灯杆2上绕着灯杆2转动的轴套。通过直播设备，能够使人监控安装该消防设备的外界环境，以及外界环境中的甲醛、苯和噪声含量，以判断是否适合人们居住。还能够在火灾等灾害发生后，用来检测当地环境的恢复情况。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.基于超级电容的消防设备，包括灯座、连接在灯座上的灯杆、与灯杆顶端连接的灯罩、设置在灯罩顶端的灯盖；所述灯罩内设置有灯泡和与灯泡连接的电路板；其特征在于：所述灯盖顶端设有光伏板，所述灯盖内设置有与光伏板电连接的电源模块；所述电源模块包括多个并联的超级电容，每个超级电容均包括，包括第一电极、第二电极以及电解液，所述电解液为固体聚合物胶体电解液，所述第一电极及第二电极间隔设置于所述固体聚合物胶体电解液中，并与该固体聚合物胶体电解液共同形成一整体结构。

2.根据权利要求1所述的基于超级电容的消防设备，其特征在于：所述电路板连接市电提供的交流源；所述交流源连接有继电器，所述光伏板通过继电器的常闭开关与所述电路板连通；所述电路板包括灯泡、双向晶闸管、时基集成电路和光敏电阻；所述灯泡和双向晶闸管形成的串联支路连接在由交流源和光伏板提供的电源的正、负极之间，所述光敏电阻与时基集成电路的两个输入端连接，所述双向晶闸管的门极与时基集成电路的输出端连接。

3.根据权利要求1所述的基于超级电容的消防设备，其特征在于：所述电路板上设有整流滤波电路，所述整流滤波电路包括第四电容、第三电阻、二极管和第三电解电容；所述二极管的阴极、第三电解电容的阳极与时基集成电路的电源电压端和复位端连接，所述二级管的阳极连接第四电容和第三电阻的一端；所述第四电容和第三电阻的另一端连接所述电源的正极。第四电容、第三电阻、二极管和第三电解电容组成的整流滤波电容，对流经灯泡的电流起到整流滤波和降压的作用。

4.根据权利要求2所述的基于超级电容的消防设备，其特征在于：所述双向晶闸管的第一主极和第二主极之间并联有压敏电阻。

5.根据权利要求1所述的基于超级电容的消防设备，其特征在于：所述光伏板外包裹有透明的防水外壳。

6.根据权利要求1所述的基于超级电容的消防设备，其特征在于：所述灯罩采用钢化玻璃，所述钢化玻璃的内外两侧上均涂有一层防雾层。

7.根据权利要求1所述的基于超级电容的消防设备，其特征在于：所述灯罩内设有用来进行环境检测的直播设备。