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CN102182976A - 温差式风能路灯 - Google Patents

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Abstract

本发明所述温差式风能路灯，它包括连接路灯的灯杆、全向微风发电机、太阳能集热装置，其特征是：所述灯杆为中空，灯杆顶部设有全向微风发电机，灯杆底部与窨井相连通；若干间隔的窨井分别与下水道相连通；太阳能集热装置将热能通过光纤存储于下水道。本发明的有益效果是，由太阳能集热装置将热量存储于下水道，利用温差造成空气流动形成风，用这种“人造风”与自然风一起推动风能发电装置，可以弥补无自然风时风能发电机不能工作的不足，做到有风时能发电，无风时有温差或压差也能发电，从而提高风能发电机发电效率，它能为我们利用新型环保能源找到了一条有效途径。

Description

温差式风能路灯
技术领域
本发明涉及一种路灯，特别是一种温差式风能路灯。
背景技术
现有的路灯为了节约能源，采用太阳能路灯，其发电方法以光伏为主，由于太阳能光伏发电效能较低，且光伏太阳能板的生产本身就是一种高耗能产业，并且会带来环境污染。
发明内容
本发明的目的，是要提供一种温差式风能路灯，由太阳能集热装置将热量存储于下水道，利用温差造成空气流动形成风，用这种“人造风”与自然风一起推动风能发电装置，可以弥补无自然风时风能发电机不能工作的不足，保证路灯的照明效果。
本发明是这样实现的，温差式风能路灯，它包括连接路灯的灯杆、全向微风发电机、太阳能集热装置，其特征是：所述灯杆为中空，灯杆顶部设有全向微风发电机，灯杆底部与窨井相连通；若干间隔的窨井分别与下水道相连通；太阳能集热装置将热能通过光纤存储于下水道。
本发明所述太阳能集热装置设于灯杆上，它包括光纤接收头、太阳能聚光板，光纤的一端与光纤接收头相连接，光纤的另一端通至窨井内，将热能存储于下水道。
本发明所述灯杆高度8～10米，中空的灯杆由下往上直径逐渐变小，下内径0.2～0.3米，上内径0.1～0.15米，两灯杆间距25米；窨井直径0.8～0.9米，窨井深度1.4～1.8米，两窨井间距25米；下水道管径0.5～10.米。
本发明的有益效果是，它做到有风时能发电，无风时有温差或压差也能发电，从而提高风能发电机发电效率，它能为我们利用新型环保能源找到了一条有效途径。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明单一路灯示意图。
图中：1. 路灯，2.灯杆，3. 全向微风发电机，4. 窨井，5.下水道，6. 光纤，7. 光纤接收头，8. 太阳能聚光板。
具体实施方式
本发明所述温差式风能路灯，如图1、2所示，它包括连接路灯1的灯杆2、全向微风发电机3、太阳能集热装置，所述灯杆2为中空，灯杆2顶部设有全向微风发电机3，灯杆2底部与窨井4相连通；若干间隔的窨井4分别与下水道5相连通；太阳能集热装置将热能通过光纤6存储于下水道5。所述太阳能集热装置设于灯杆2上，它包括光纤接收头7、太阳能聚光板8，光纤6的一端与光纤接收头7相连接，光纤6的另一端通至窨井4内，将热能存储于下水道5。所述灯杆高度8～10米，中空的灯杆由下往上直径逐渐变小，下内径0.2～0.3米，上内径0.1～0.15米，两灯杆间距25米；窨井直径0.8～0.9米，窨井深度1.4～1.8米，两窨井间距25米；下水道管径0.5～10.米。
路边下水道、窨井的水温常年保持在16～25℃，窨井的气温受水温的影响在16～25℃左右波动。而地面气温夏天是30℃以上,冬天0℃左右，所以地面和窨井下有温度差，平均温度差在4～15℃。所以也有产生烟囱效应的条件，即有产生风的条件。根据路灯的工作环境，只要把路灯杆通到窨井中，就可以实现多管效应的环境，实现“人造风” 发电。
烟囱效应是指烟囱上方的空气流动造成烟囱出口处的气压减小，而烟囱底部与周围大气压相同，即比烟囱口处的气压大些，于是即使是冷空气也会从烟囱底部周围被压入烟囱里面，再从高处的出口跑出去。当烟囱内温度高于烟囱外温度时，烟囱内热空气因密度小，便沿着这些烟囱自然上升，烟囱外冷空气因密度大，由低层渗入补充，这就形成烟囱效应。烟囱效应是烟囱内外温差形成的热压及室外风压共同作用的结果，通常以前者为主，而热压值与烟囱内外温差产生的空气密度差及进排风口的高度差成正比。这说明，烟囱内温度越是高于室外温度，烟囱越高，烟囱效应也越明显，可以由公式(1)计算出来。
Figure 2011100949588100002DEST_PATH_IMAGE002
                  （1）
其中，C：常数；
ΔP：内外之压力差，单位为Pa；
P： 大气压力，单位为Pa；
h ：烟囱的高度，单位为m；
To ：烟囱外温度，单位为K；
Ti ：烟囱内温度，单位为K。
从公式(1)可以看出，烟囱效率随高度和温差增大而增加，所以下面设计二组实验，以证明高度和温差都与烟囱效率的流速成正比。但作为路灯高度增大是有限的，而温差可以人为改变的，本发明采用太阳能集热装置来提高，但毕竟有限。所以又设计二组实验，想从其它的方法来进一步提升烟囱效率的流速。
实验过程
路灯实验模型采用PVC管制作，由于PVC管的隔热效果比金属好，并且组装比较方便， 实验用到的仪器与设备有：数字温度计2个(SN2202型)，风速/气象测定仪1个(Kestrel4000型)。
高度与风速的关系
首先，比较直管不同的高度造成的效果，由公式(1)推导，较高的直管其上下压差较大，进而会得到较大的风速。因此设计一组不同高度加热温度基本相同的实验,管直径110mm，上温是室温20.0℃，下温用电灯泡加热到35.0℃的实验架构，比较直管高度对内部风速的影响，如表1所示：
表1  管高与风速的关系(相同温差15.0℃)
高度(m) 1.0 2.0 2.5 3.0 4.0
风速(m/s) 0.3 0.6 0.8 1.0 1.3
观察表1实验数据，发现相同的温差，随着管高度的增大，管内部风速也增大，其结果与预期的一样。
温差与风速的关系
其次，比较直管内外温差造成的效果，由公式(1)推导，直管内外温差越大，其上下压差较大，进而会得到较大的风速。因此设计一组同样高度﹝2.5m﹞但管型选用比较接近路灯模型的渐变管进行实验，管直径从110mm渐变到75mm，比较温差对管内风速的影响，如表2所示：
表2  温差与风速的关系 (相同管高2.5m)
次数 1 2 3 4 5
上温(℃) 20.2 20.4 21.3 22.6 23.3
下温(℃) 22.2 25.6 31.4 35.5 38.4
温差(℃) 2.0 5.2 10.1 12.9 15.1
内压(hPa) 1023.3 1023.3 1023.2 1023.1 1022.9
外压(hPa) 1023.8 1023.8 1023.8 1023.7 1023.7
压差(hPa) 0.5 0.5 0.6 0.6 0.8
风速(m/s) 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
观察表2实验数据，发现相同的管高，随着管温差的增大，其上下压差也增大，进而也得到管内部较大的风速，其结果与预期的一样。
形状与风速的关系
从上面二组实验可以证明，高度和温差的提升对于烟囱效率的提升有相当大的影响，但高度提升作为路灯是有限的，而温差是没办法人为改变，是否可以从其它的方式来提升烟囱效应的流速。在相同高度和温差下，若是管型或管的数量上做变化，是否可能增加压差或流速。在管型的变化上，有直管、渐扩管和渐缩管的变化，作为路灯只能选用直管和渐缩管。在管的数量变化上，有单管和多管的变化。因此设计二组相同管高2.5m加热温度基本相同的实验,上温是室温20.0℃，下温用电灯泡加热到35.0℃的实验架构，进行组合。一组为不同管径和管型，如表3所示；另一组为不同管数，如表4所示，比较管形对内部风速的影响。
表3  管径、管型与风速的关系(相同管高2.5m、相同温差15.0℃)
管直径(mm) 50 75 110 110-75 110-75-110
风速(m/s) 0.5 0.7 0.8 0.8 0.8
表4  管数与风速的关系(相同管高2.5m、相同温差15.0℃)
管数(根) 1 2 3 4
风速(m/s) 0.8 0.9 1.0 1.1
观察表3实验数据，发现相同的管高、温差，随着管直径的增大，其管内部的风速也增大，从表4实验数据可以看出，相同管高、温差，随着管数的增多，其管内部的风速是增大的。推测管直径的增大和管数量的增多都增大内部流量，实际上管数的增多是变相增大管直径，所以增加了风速。
实际的路灯工作环境要比实验环境好，主要表现在路灯高度差大、温差更大，管数更多，空气流动性更好。另外夜里要比白天好，冬天要比夏天好，温差大的北方要比温差小的南方好。这说明下水道和窨井是个存储太阳能和地热的好地方，我们完全可以利用它来发电。

Claims (3)

1.温差式风能路灯，它包括连接路灯的灯杆、全向微风发电机、太阳能集热装置，其特征是：所述灯杆为中空，灯杆顶部设有全向微风发电机，灯杆底部与窨井相连通；若干间隔的窨井分别与下水道相连通；太阳能集热装置将热能通过光纤存储于下水道。
2.根据权利要求1所述温差式风能路灯，其特征是：所述太阳能集热装置设于灯杆上，它包括光纤接收头、太阳能聚光板，光纤的一端与光纤接收头相连接，光纤的另一端通至窨井内，将热能存储于下水道。
3. 根据权利要求1所述温差式风能路灯，其特征是：所述灯杆高度8～10米，中空的灯杆由下往上直径逐渐变小，下内径0.2～0.3米，上内径0.1～0.15米，两灯杆间距25米；窨井直径0.8～0.9米，窨井深度1.4～1.8米，两窨井间距25米；下水道管径0.5～10.米。
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