一種踩踏發電裝置的設計

賈乃平

(山西省廣播電視局七四零二臺,山西昔陽 045300)

一種踩踏發電裝置的設計

賈乃平

(山西省廣播電視局七四零二臺,山西昔陽 045300)

提出了一種踩踏發電裝置的設計方案,該方案利用踩踏產生的壓力帶動水流推動水輪機發電,可以利用人經過時對地面的踩踏作用力進行發電,從而向人流密集區域的其他設備供電。

踩踏發電 液壓

踩踏發電是將人類活動所產生的動能收集起來并轉換為電能，能量來源無窮無盡，如果這些能量能夠充分利用，將會在一定程度上減緩能源危機所帶來的一系列困擾，是今后能源發展的方向之一。現有的踩踏發電技術存在著裝置龐大，結構復雜，組合不巧妙，操作不方便等問題，踩踏發電并沒有很好的利用人類活動產生的能量。

世界上利用人流踩踏發電技術的國家不多，圖為日本某地鐵站刷卡處踩踏發電的應用。在國內，新能源起步晚，踩踏發電這種新技術也較少人關注，踩踏發電系統的應用實例更是鮮有耳聞。

1 踩踏發電裝置的設計方案

本文設計的踩踏發電裝置是一套利用水囊、單項閥、穩壓罐，閥門和水輪機以實現將踩踏時的能量轉化為水的動能進而通過水推動水輪機轉動轉化為電能的裝置。如圖1所示，單向閥，踩踏部位，穩壓罐，閥門及水輪機通過管道連接起來，并且構成閉合回路。然后將該閉合回路放置在底座上，用卡子固定。同時水輪機的電能輸出端連接電路板輸入端，電路板的輸出端連接燈泡。

管道內充滿水，同時穩壓罐里裝有一定比例的水和空氣穩定整個管道內的壓力，打開閥門，用腳踩踏水囊，液體在擠壓力的作用下順時針單項流動，其具體過程如下:當有人踩踏水囊時，由于單向閥限制了水的流動方向，所以水流先進入穩壓罐，當水囊沒有承壓時，由于穩壓罐中空氣受到壓縮壓力較大所以其又將穩壓罐中的水向外壓，這時也就帶動了水輪機的旋轉，功率的大小可以根據壓力體(人、車或者其他壓力體)水囊的大小，以及穩壓罐的體積水輪機的額定功率來改變。

2 裝置的工作原理

閥門2、水輪機3、第一單向閥5、第二單向閥6、第三單向閥7、第四單向閥8、第一水囊9和第二水囊10通過管道14構成封閉管路，并將封閉管路放在底座13上?？ㄗ?9在特定位置固定管道14。水輪機3產生的電能連接電路板11的輸入端，電路板11的輸出端連接用電設備12。

管道14內充滿水，同時穩壓罐1里裝有一定比例的水和空氣穩定整個管道14內的壓力。打開閥門2，用腳踩踏踏板4時，第一水囊9、第二水囊10被擠壓，水在擠壓力的作用下順時針單向流動，其具體過程如下:當第一水囊9、第二水囊10受到擠壓力時，由于第一單向閥5、第二單向閥6、第三單向閥7、第四單向閥8限制了水的流動方向，所以部分水水流進入穩壓罐1，平衡管道14與穩壓罐1的壓力，同時有部分水流過水輪機3，帶動水輪機3轉動。當第一水囊9、第二水囊10沒有承壓時，由于穩壓罐1中空氣受到壓縮壓力較大所以其又將穩壓罐1中的水向外壓，這時也就帶動了水輪機3的旋轉，功率的大小可以根據壓力體(人、車或者其他壓力體)重力的大小，以及穩壓罐1的體積、水輪機3的額定功率來改變。

順時針單項流動是通過第一單向閥5、第二單向閥6、第三單向閥7、第四單向閥8控制，在該液壓系統中防止水反向流動。

穩壓罐1由罐體、氣囊、接水口及排氣口四部份組成。用于閉式水循環系統中，起到了平衡水量及壓力的作用，避免安全閥頻繁開啟和自動補水閥頻繁補水，當外界有壓力的水進入膨脹罐氣囊內時，密封在罐內的空氣被壓縮，根據波義耳氣體定律，氣體受到壓縮后體積變小壓力升高，直到膨脹罐內氣體壓力與水的壓力達到一致時停止進水。當水流失壓力減低時膨脹罐內氣體壓力大于水的壓力，此時氣體膨脹水補排出。直到氣體壓力與水的壓力再次達到一致時停止排水。從而使管道內壓力穩定，使得水流動穩定，進而穩定水輪機的轉速。

閥門2具有截止、調節、導流、防止逆流、穩壓、分流或溢流泄壓等功能。從而控制了該裝置系統中水流大小，流速大小，進而穩定了流速，穩定了水輪機的轉速。

電路板11起到將交流電壓轉換為直流電壓，穩定電壓，放大電壓的作用。通過上述技術方案實現穩定發電。

圖1 利用液體流動的液壓發電裝置整體示意圖

3 結語

本裝置實現了對踩踏能量的采集和應用，設計簡潔，可推廣性強。本裝置可以廣泛應用在街道路口、廣場、地鐵等人員和車輛頻繁通過的地區，其轉化的電能可以用于路燈、交通燈等的供電，為節能減排做出一定的貢獻。

[1] 孔瓏.工程流體力學(第二版)[M].中國電力出版社,2006.

[2] 楊可楨,程光蘊,李仲生.機械設計基礎(第五版)[M].高等教育出版社,2006.