一种能量回收利用装置及方法与流程

本发明涉及智慧城市领域，尤其涉及一种能量回收利用装置及方法。

背景技术：

1、城市的道路下方安装有许多地下管道(例如：下水道、燃气管道、自来水管道、电力管道等)，这些地下管道中每隔一段距离即要设置一个与地面连通的窨井。随着窨井的智能化程度的提高，在窨井处设置的电子器件也越来越多样化，电子器件的能耗也随即增加，这使得窨井处的供电成为一个问题。

2、由于窨井安装位置和其独特的属性，不利于在窨井处外接电源线，且在窨井处外接电源线的供电方式也存在增加布置成本、维护不便的情况。针对这种情形，现有技术中通过在窨井处内置电池或使用压电片发电来实现对窨井处设置的电子器件的供电。然而，在窨井处内置电池的供电方式需要考虑电池续航问题，而基于使用压电片发电的供电方式存在发电功率低且易损坏的缺陷。

3、因此，有必要提供一种新的供电方案，让窨井能在采集外部能量后储存起来且在电子器件需要电能时将能量输出，不需要外接电源线束即可不间断为电子器件提供电力。

技术实现思路

1、本发明提供了一种能量回收利用装置及方法，解决了如何实现持久可靠的窨井自发电的技术问题。

2、本发明第一方面提供一种能量回收利用装置，包括窨井盖，还包括依次连接的能量采集模块、电源管理模块和储能模块；

3、所述窨井盖包括盖体、内胆和内胆盖；所述盖体设有用于放置所述内胆的内腔；所述能量采集模块、所述电源管理模块和所述储能模块均安装于所述内胆内；所述内胆盖位于所述内胆的上方且略高于所述盖体；所述内胆盖的底部与所述能量采集模块连接，以在所述窨井盖被物体压过时所述内胆盖向下运动而驱动所述能量采集模块将相应的机械能转换为电能；

4、所述电源管理模块用于将所述能量采集模块转换的电能进行整流稳压处理，并将处理后的电能存储至所述储能模块，直至所述储能模块的荷电状态值达到预设的上限值。

5、根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述盖体还设有用于连接窨井井沿的第一衬套；

6、所述第一衬套与所述内腔的顶部外周之间形成台阶面，所述内胆的顶部设有与所述台阶面匹配连接的第二衬套。

7、根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述第一衬套和/或所述第二衬套设有排水孔。

8、根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述内胆的内壁设有上下延伸的安装槽；

9、所述能量采集模块包括底板，所述底板与所述安装槽匹配连接以限制所述能量采集模块除上下滑动外的所有自由度；

10、所述底板设有第一安装孔，所述内胆设有与所述第一安装孔相对的第二安装孔，所述能量采集模块通过连接杆穿过所述第一安装孔和所述第二安装孔而悬挂于所述内胆内。

11、根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述能量采集模块还包括依次连接的齿轮传动机构、棘轮传动机构、飞轮以及发电机；

12、所述齿轮传动机构与所述内胆盖的底部连接，以在所述窨井盖被物体压过时所述内胆盖向下运动而驱动所述齿轮传动机构，所述齿轮传动机构带动所述棘轮传动机构驱动所述飞轮，所述飞轮在转动时驱动所述发电机产生电流。

13、根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述齿轮传动机构包括第一滑杆、第一轴承座、第二滑杆、第二轴承座、第一滑轨、第二滑轨、齿条套、齿条和齿轮；

14、所述第一轴承座和所述第二轴承座固定于所述底板上；所述第一滑杆的下端穿过所述第一轴承座与所述第一滑轨连接，所述第一滑杆的上端与所述内胆盖的底部连接；所述第二滑杆的上端与所述第二滑轨连接，所述第二滑杆的下端穿过所述第二轴承座；所述第一轴承座与所述第一滑轨之间以及所述第二轴承座与所述第二滑轨之间均设有弹簧；所述第一滑轨和所述第二滑轨之间通过所述齿条套滑动连接两所述齿条，两所述齿条之间设置所述齿轮；

15、所述底板设有导轨槽，所述齿条通过力反馈杆与所述导轨槽滑动连接，以在所述内胆盖驱动所述第一滑杆向下运动时，来自所述底板的侧向压力使所述力反馈杆驱动所述齿条与所述齿轮啮合。

16、根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述内胆盖的底部设有插销；

17、所述插销与所述第一滑杆的上端配合连接。

18、根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述内胆包括可拆卸连接的内胆本体和防水底盖；

19、所述防水底盖和内胆本体的连接处压紧有防水胶圈。

20、根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述电源管理模块还用于在控制所述电容储能单元与所述电池储能单元的放电过程中，优先控制所述电容储能单元进行放电，在所述电容储能单元的荷电状态值达到对应预设的下限值时，转为控制所述电池储能单元进行放电。

21、本发明第二方面提供一种能量回收利用方法，所述方法应用于如本发明第一方面所述的能量回收利用装置，其中所述储能模块包括电容储能单元和电池储能单元，所述电容储能单元与所述电池储能单元通过所述电源管理模块并联连接，所述方法包括：

22、在控制充电过程中，将能量采集模块转换的电能进行整流稳压处理，并将处理后的电能存储至电容储能单元与电池储能单元，直至所述电容储能单元的荷电状态值与所述电池储能单元的荷电状态值均达到各自预设的上限值；

23、在控制放电过程中，优先控制所述电容储能单元进行放电，在所述电容储能单元的荷电状态值达到对应预设的下限值时，转为控制所述电池储能单元进行放电。

24、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

25、本发明的装置包括窨井盖、能量采集模块、电源管理模块和储能模块；窨井盖包括盖体、内胆和内胆盖，内胆盖位于内胆的上方且略高于盖体；内胆盖的底部与能量采集模块连接，以在所述窨井盖被物体压过时内胆盖向下运动而驱动能量采集模块将相应的机械能转换为电能；储能模块包括电容储能单元和电池储能单元；电源管理模块用于将能量采集模块转换的电能进行整流稳压处理，并将处理后的电能存储至所述储能模块，直至所述储能模块的荷电状态值达到预设的上限值；本发明将汽车轮胎等物体压过窨井盖时产生的机械能转化为相对便于收集的电能，并对转化的电能通过电容储能单元和电池储能单元进行可控存储，实现了窨井的自发电，无需外接电源线，有效解决了电池续航问题；

26、本发明通过内胆盖向下运动而驱动能量采集模块将相应的机械能转换为电能，相对于使用压电片发电的供电方式，更为可靠，结合电源管理模块和储能模块的设置，能更为直接地利用机械能，从而有效提高功率利用效果；

27、本发明对窨井盖进行结构设计，利用内胆结构安装能量采集模块、电源管理模块和储能模块，一方面能够减少装置的安装复杂度，另一方面能够在排除装置故障原因或进行装置维护时只需要将内胆取出进行独立检查，无需考虑线缆和其他功能线束与外界复杂环境接触产生的问题，极大减少了维护成本。

技术特征：

1.一种能量回收利用装置，包括窨井盖，其特征在于，还包括依次连接的能量采集模块、电源管理模块和储能模块；

2.根据权利要求1所述的能量回收利用装置，其特征在于，所述盖体还设有用于连接窨井井沿的第一衬套；

3.根据权利要求2所述的能量回收利用装置，其特征在于，所述第一衬套和/或所述第二衬套设有排水孔。

4.根据权利要求1所述的能量回收利用装置，其特征在于，所述内胆的内壁设有上下延伸的安装槽；

5.根据权利要求4所述的能量回收利用装置，其特征在于，所述能量采集模块还包括依次连接的齿轮传动机构、棘轮传动机构、飞轮以及发电机；

6.根据权利要求5所述的能量回收利用装置，其特征在于，所述齿轮传动机构包括第一滑杆、第一轴承座、第二滑杆、第二轴承座、第一滑轨、第二滑轨、齿条套、齿条和齿轮；

7.根据权利要求6所述的能量回收利用装置，其特征在于，所述内胆盖的底部设有插销；

8.根据权利要求1所述的能量回收利用装置，其特征在于，所述内胆包括可拆卸连接的内胆本体和防水底盖；

9.根据权利要求1-8任意一项所述的能量回收利用装置，其特征在于，所述储能模块包括电容储能单元和电池储能单元，所述电容储能单元与所述电池储能单元通过所述电源管理模块并联连接；

10.一种能量回收利用方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求9所述的能量回收利用装置，所述方法包括：

技术总结
本发明涉及智慧城市领域，公开了一种能量回收利用装置及方法。本发明装置包括窨井盖、能量采集模块、电源管理模块和储能模块；窨井盖包括盖体、内胆和内胆盖，内胆盖位于内胆的上方且略高于盖体；内胆盖的底部与能量采集模块连接，以在所述窨井盖被物体压过时内胆盖向下运动而驱动能量采集模块将相应的机械能转换为电能；储能模块包括电容储能单元和电池储能单元；电源管理模块用于将能量采集模块转换的电能进行整流稳压处理，并将处理后的电能存储至所述储能模块，直至所述储能模块的荷电状态值达到预设的上限值。本发明能够实现持久可靠的窨井自发电，装置安装便捷，维护成本低。

技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：广东舜势测控设备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13