高速公路隧道压电瓷砖发电装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种高速公路隧道压电瓷砖发电装置，包括双车道隧道和单向通行汽车在隧道内产生的空气交变压强和汽车行驶竖向循环振动，在隧道墙身分别设有多块沿隧道纵向粘贴的压电瓷砖，每块压电瓷砖均具有多个双端固支式压电振子和多个悬臂梁式压电振子，并分别受空气交变压强和汽车行驶竖向循环振动而产生电荷；所述的隧道墙身设有电荷收集器、电荷储存器、三相逆变器和控制系统，并能将多块压电瓷砖产生的电荷变换为三相交流电后输入隧道供电电网；因此，这种发电装置具有设计简单、不发热、无电磁干扰、绿色环保、节能减排、安全可靠、质量保障、收集可再生的清洁能源高效等优点，再结合相应的操作方法，经济效益和社会效益显著。

Piezoelectric ceramic tile generator for highway tunnel

【技术实现步骤摘要】
高速公路隧道压电瓷砖发电装置
本技术涉及一种压电陶瓷发电领域，具体是指高速公路隧道压电瓷砖发电装置。
技术介绍
当汽车在隧道中行驶时，隧道中的空气被汽车带动而顺着汽车前进的方向流动，这就是所谓的活塞风。高速公路隧道为单向交通流，汽车以一定速度行驶时，前后汽车须保持一定的间距，这使隧道内空气流动速度即风速随着汽车的行驶出现交替变化，隧道内空气压强也随着汽车的行驶相应出现交替变化。同时汽车行驶也使隧道墙身产生循环振动。而压电陶瓷是一种具有正压电效应的新型材料，可作为能量收集的媒体。因此，如在隧道墙身作为装饰用的墙面瓷砖中嵌入压电元件，则随着汽车的行驶隧道内空气压强出现交替变化和墙身循环振动时，该压电元件两电极面就会有电荷产生，此时将电荷收集、储存并经三相逆变器变换再输入隧道供电电网，就能得到再生的绿色清洁能源。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷而提供一种结构简单、不发热、无电磁干扰、绿色环保、节能减排的高速公路隧道压电瓷砖发电装置。本技术的技术问题通过以下技术方案实现：一种高速公路隧道压电瓷砖发电装置，包括具有左车道和右车道的双车道隧道，该隧道内单向通行的汽车在隧道内产生空气交变压强和汽车行驶竖向循环振动，所述隧道两侧的隧道墙身分别设有多块沿隧道纵向粘贴的压电瓷砖，每块压电瓷砖均具有多个双端固支式压电振子和多个悬臂梁式压电振子，且多个双端固支式压电振子受空气交变压强而产生电荷，多个悬臂梁式压电振子受汽车行驶竖向循环振动也产生电荷；所述的隧道墙身还设有电荷收集器、电荷储存器、三相逆变器和控制系统；所述的多块压电瓷砖产生的电荷通过电荷收集器、电荷储存器、三相逆变器和控制系统而变换为三相交流电后输入隧道供电电网。当辆所述的汽车在隧道内左车道和右车道双排每辆汽车车头车尾平齐单向等距匀速行驶时，隧道内产生不同的空气压强，即汽车风速段、环流风速段和活塞风速段，假设隧道横断面为等截面积，双排单辆汽车的总挡风面积为、汽车风速为、空气压强为，汽车车身处外侧的环流风速为空气压强为，活塞风速为、空气压强为；同时假设隧道内空气流动为不可压缩流体的定常流动和汽车车身与隧道洞身内空气构成无摩阻复合流动，阻塞比为，根据伯努利定律，得公式一、分别为隧道内活塞风速段与汽车风速段、活塞风速段与环流风速段之间的空气压强差；公式二、假设外界没有为隧道提供任何空气流动的其它动力和外界因素干预时，辆汽车行驶产生的空气压强与实际存在的隧道局部阻力和沿程摩擦阻力损失的能量、即包括环流风速损耗的能量自然平衡；根据能量守恒定律，当汽车在隧道内左车道和右车道双排每辆汽车车头车尾平齐单向等距匀速行驶时，汽车行驶与隧道局部阻力和沿程摩擦阻力损失的能量相等，沿程和局部摩阻系数为，得公式三、当在隧道内左车道的辆汽车的左汽车处于右车道辆汽车的右汽车之间交错单向等距匀速行驶时，且左汽车车尾处于右车道的右汽车风速段前，左车道的左汽车和右车道的右汽车行驶速度均为，由于左车道的左汽车和右车道的右汽车相互影响，左汽车与右汽车的汽车风速段、环流风速段和活塞风速段产生叠加，形成汽车风速和活塞风速段、环流风速和活塞风速段、活塞风速段，即汽车风速和活塞风速段的风速和空气压强分别为和，环流风速和活塞风速段的风速和空气压强分别为和，活塞风速段的风速和空气压强分别为和；同理根据伯努利定律，阻塞比为，得公式四、同理，假设外界没有为隧道提供任何空气流动的其它动力和外界因素干预时，辆汽车行驶产生的空气压强与实际存在的隧道局部阻力和沿程摩擦阻力损失的能量、即包括环流风速损耗的能量自然平衡；根据能量守恒定律，当在隧道内左车道的辆汽车的左汽车处于右车道辆汽车的右汽车之间交错单向等距匀速行驶时，假设沿程和局部摩阻系数为，得假设，对比公式三、公式四中的，可见，当在隧道内左车道的辆汽车的左汽车处于右车道辆汽车的右汽车之间交错单向等距匀速行驶时空气压强差比辆汽车在隧道内左车道和右车道双排每辆汽车车头车尾平齐等距单向匀速行驶时的空气压强差要大，空气压强差或是推动隧道内空气流通的动力，且或；实际上隧道内每个车道汽车行驶的速度和排列是无序的、即非匀速和非等距的，也就是说隧道内实际的空气压强差比或还要大；公式一、公式二、公式三和公式四中的符号定义为：——等截面隧道横断面面积，；——单辆汽车的挡风面积，；——隧道内单向行驶的汽车数量；——阻塞比，当辆汽车在隧道内左车道和右车道双排每辆汽车车头车尾平齐等距单向等距匀速行驶时，两辆汽车的总挡风面积与等截面隧道横断面面积的比，；——阻塞比，当在隧道内左车道的辆汽车的左汽车处于右车道辆汽车的右汽车之间交错单向等距匀速行驶时，单辆汽车的挡风面积与等截面隧道横断面面积的比，；——汽车车身长度，；——等距匀速行驶的前汽车车尾至后汽车车头的长度，；——汽车车头前方一定长度内由于汽车行驶引起的隧道内空气流动速度，即汽车风速段长度，；——隧道内空气的密度，；——分别为当辆汽车在隧道内左车道和右车道双排每辆汽车车头车尾平齐等距单向匀速行驶时的速度、其前方一定长度内由于汽车行驶引起的空气压强即汽车风速段的空气压强，；——分别为当辆汽车在隧道内左车道和右车道双排每辆汽车车头车尾平齐等距单向匀速行驶时的汽车车身与隧道环隙部分的环流空气流动速度、空气压强即环流风速段的空气压强，；——分别为当辆汽车在隧道内左车道和右车道双排每辆汽车车头车尾平齐等距单向匀速行驶时的汽车前车车尾至后车汽车风速段前端的空气流动速度、空气压强即活塞风速段的空气压强，；——分别为当在隧道内左车道的辆汽车的左汽车处于右车道辆汽车的前后两辆右汽车之间交错单向匀速行驶时，左车道的左汽车和右车道的右汽车行驶速度、其前方一定长度内由于汽车行驶引起的空气压强即汽车风速段的空气压强，；——分别为当在隧道内左车道的辆汽车的左汽车处于右车道辆汽车的前后两辆右汽车之间交错单向匀速行驶时，左车道的左汽车或右车道的右汽车车身与隧道环隙部分的环流空气流动速度、空气压强即环流风速段的空气压强，；——分别为当在隧道内左车道的辆汽车的左汽车处于右车道辆汽车的前后两辆右汽车之间交错单向匀速行驶时，左车道的左汽车和右车道的右汽车前车车尾至后车汽车风速段前端的空气流动速度、空气压强即活塞风速段的空气压强，；——分别为当辆汽车在隧道内左车道和右车道双排每辆汽车车头车尾平齐等距单向匀速行驶时，活塞风速段与汽车风速段的空气压强差、活塞风速段与环流风速段的空气压强差，；——分别为当在隧道内左车道的辆汽车的左汽车处于右车道辆汽车的前后两辆右汽车之间交错单向匀速行驶时，活塞风速段与汽车风速段的空气压强差、活塞风速段与环流风速段的空气压强差，；——当辆汽车在隧道内左车本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速公路隧道压电瓷砖发电装置，包括具有左车道和右车道的双车道隧道，该隧道内单向通行的汽车（5）在隧道内产生空气交变压强和汽车行驶竖向循环振动，其特征在于所述隧道两侧的隧道墙身（1）分别设有多块沿隧道纵向粘贴的压电瓷砖（2），每块压电瓷砖均具有多个双端固支式压电振子（22）和多个悬臂梁式压电振子（23），且多个双端固支式压电振子（22）受空气交变压强而产生电荷，多个悬臂梁式压电振子（23）受汽车行驶竖向循环振动也产生电荷；所述的隧道墙身（1）还设有电荷收集器（31）、电荷储存器（32）、三相逆变器（33）和控制系统（34）；所述的多块压电瓷砖（2）产生的电荷通过电荷收集器（31）、电荷储存器（32）、三相逆变器（33）和控制系统（34）而变换为三相交流电后输入隧道供电电网。/n

【技术特征摘要】
1.一种高速公路隧道压电瓷砖发电装置，包括具有左车道和右车道的双车道隧道，该隧道内单向通行的汽车（5）在隧道内产生空气交变压强和汽车行驶竖向循环振动，其特征在于所述隧道两侧的隧道墙身（1）分别设有多块沿隧道纵向粘贴的压电瓷砖（2），每块压电瓷砖均具有多个双端固支式压电振子（22）和多个悬臂梁式压电振子（23），且多个双端固支式压电振子（22）受空气交变压强而产生电荷，多个悬臂梁式压电振子（23）受汽车行驶竖向循环振动也产生电荷；所述的隧道墙身（1）还设有电荷收集器（31）、电荷储存器（32）、三相逆变器（33）和控制系统（34）；所述的多块压电瓷砖（2）产生的电荷通过电荷收集器（31）、电荷储存器（32）、三相逆变器（33）和控制系统（34）而变换为三相交流电后输入隧道供电电网。


2.根据权利要求1所述的高速公路隧道压电瓷砖发电装置，其特征在于所述的隧道墙身（1）是隧道的二次混凝土衬砌，并沿隧道纵向相隔20m～22m设置一条竖向沉降伸缩缝（11），在隧道墙身（1）下部一定高度沿纵向竖直粘贴多块压电瓷砖（2），该多块压电瓷砖为多片特制单片长方形或正方形压电瓷砖基体（21）内嵌入多个双端固支式压电振子（22）和多个悬臂梁式压电振子（23）。


3.根据权利要求2所述的高速公路隧道压电瓷砖发电装置，其特征在于所述的多个双端固支式压电振子（22）由锆钛酸铅压电陶瓷材料或其他无铅化压电陶瓷材料制作，沿压电瓷砖（2）纵向竖直设置，两端嵌固在压电瓷砖基体（21）内，每个双端固支式压电振子（22）均相隔一定的竖向间距，多个双端固支式压电振子（22）底部与压电瓷砖基体（21）粘贴牢固，在压电瓷砖（2）竖向平面上外表面紧贴包封纳米薄膜（26），该包封纳米薄膜与双端固支式压电振子（22）共同振动；压电俘能模式采用模式，压电瓷砖（2）材料参数适合隧道内空气交变压强的特点，通过调节双端固支式压电振子（22）的长度、宽度和厚度以及有关参数而使压电振子的固有振动频率在隧道内汽车行驶空气交变压强频率带宽范围之内且接近最大分布频率，以期双端固支式压电振子（22）达到最大的俘能效率。


4.根据权利要求2所述的高速公路隧道压电瓷砖发电装置，其特征在于所述的多个悬臂梁式压电振子（23）由锆钛酸铅压电陶瓷材料或其他无铅化压电陶瓷材料制作，沿压电瓷砖（2）纵向水平设置，一端嵌固在压电瓷砖基体（21）内，另一端自由，自由端设质量块（25），每个悬臂梁式压电振子（23）相隔一定的竖向间距，相邻悬臂梁式压...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑希涌，林光夫，许东风，毛益波，林海洋，袁郑棋，张继明，王天春，薛维梅，张跃明，陈继展，
申请(专利权)人：温州市交通规划设计研究院，
类型：新型
国别省市：浙江;33