[發明專利]高速公路隧道壓電瓷磚發電裝置及操作方法

有效

• 申請號: 201910161622.5
• 申請日: 2019-03-04
• 公開（公告）號: CN109889091B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 鄭希涌;林光夫;許東風;毛益波;林海洋;袁鄭棋;張繼明;王天春;薛維梅;張躍明;陳繼展
• 申請（專利權）人: 溫州市交通規劃設計研究院有限公司
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02J7/32;H02J3/38
• 代理公司: 寧波天一專利代理有限公司 33207
• 代理人: 張晨

本發明公開了一種高速公路隧道壓電瓷磚發電裝置及操作方法，包括雙車道隧道和單向通行汽車在隧道內產生的空氣交變壓強和汽車行駛豎向循環振動，在隧道墻身分別設有多塊沿隧道縱向粘貼的壓電瓷磚，每塊壓電瓷磚均具有多個雙端固支式壓電振子和多個懸臂梁式壓電振子，并分別受空氣交變壓強和汽車行駛豎向循環振動而產生電荷；所述的隧道墻身設有電荷收集器、電荷儲存器、三相逆變器和控制系統，并能將多塊壓電瓷磚產生的電荷變換為三相交流電后輸入隧道供電電網；因此，這種發電裝置具有設計簡單、不發熱、無電磁干擾、綠色環保、節能減排、安全可靠、質量保障、收集可再生的清潔能源高效等優點，再結合相應的操作方法，經濟效益和社會效益顯著。

技術領域

本發明涉及一種壓電陶瓷發電領域，具體是指高速公路隧道壓電瓷磚發電裝置及操作方法。

背景技術

當汽車在隧道中行駛時，隧道中的空氣被汽車帶動而順著汽車前進的方向流動，這就是所謂的活塞風。高速公路隧道為單向交通流，汽車以一定速度行駛時，前后汽車須保持一定的間距，這使隧道內空氣流動速度即風速隨著汽車的行駛出現交替變化，隧道內空氣壓強也隨著汽車的行駛相應出現交替變化。同時汽車行駛也使隧道墻身產生循環振動。

而壓電陶瓷是一種具有正壓電效應的新型材料，可作為能量收集的媒體。因此，如在隧道墻身作為裝飾用的墻面瓷磚中嵌入壓電元件，則隨著汽車的行駛隧道內空氣壓強出現交替變化和墻身循環振動時，該壓電元件兩電極面就會有電荷產生，此時將電荷收集、儲存并經三相逆變器變換再輸入隧道供電電網，就能得到再生的綠色清潔能源。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術的缺陷而提供一種結構簡單、不發熱、無電磁干擾、綠色環保、節能減排的高速公路隧道壓電瓷磚發電裝置及操作方法。

本發明的技術問題通過以下技術方案實現：

一種高速公路隧道壓電瓷磚發電裝置，包括具有左車道和右車道的雙車道隧道，該隧道內單向通行的汽車在隧道內產生空氣交變壓強和汽車行駛豎向循環振動，所述隧道兩側的隧道墻身分別設有多塊沿隧道縱向粘貼的壓電瓷磚，每塊壓電瓷磚均具有多個雙端固支式壓電振子和多個懸臂梁式壓電振子，且多個雙端固支式壓電振子受空氣交變壓強而產生電荷，多個懸臂梁式壓電振子受汽車行駛豎向循環振動也產生電荷；所述的隧道墻身還設有電荷收集器、電荷儲存器、三相逆變器和控制系統；所述的多塊壓電瓷磚產生的電荷通過電荷收集器、電荷儲存器、三相逆變器和控制系統而變換為三相交流電后輸入隧道供電電網。

當輛所述的汽車在隧道內左車道和右車道雙排每輛汽車車頭車尾平齊單向等距勻速行駛時，隧道內產生不同的空氣壓強，即汽車風速段、環流風速段和活塞風速段，假設隧道橫斷面為等截面積，雙排單輛汽車的總擋風面積為、汽車風速為、空氣壓強為，汽車車身處外側的環流風速為空氣壓強為，活塞風速為、空氣壓強為；同時假設隧道內空氣流動為不可壓縮流體的定常流動和汽車車身與隧道洞身內空氣構成無摩阻復合流動，阻塞比為，根據伯努利定律，得

公式一、

分別為隧道內活塞風速段與汽車風速段、活塞風速段與環流風速段之間的空氣壓強差；

公式二、

假設外界沒有為隧道提供任何空氣流動的其它動力和外界因素干預時，輛汽車行駛產生的空氣壓強與實際存在的隧道局部阻力和沿程摩擦阻力損失的能量、即包括環流風速損耗的能量自然平衡；根據能量守恒定律，當汽車在隧道內左車道和右車道雙排每輛汽車車頭車尾平齊單向等距勻速行駛時，汽車行駛與隧道局部阻力和沿程摩擦阻力損失的能量相等，沿程和局部摩阻系數為，得

公式三、