[发明专利]太阳能动力空调客运列车

说明书

本发明提供以太阳能为动力的又具有空调功能的旅客列车技 术，属于太阳能利用技术、车用空调技术。

铁路运输耗能很大。当前火车的能源主要为柴油，其次为电 力，它们直接间接地排放大量CO₂。为减排，日本近日有首列混 合动力火车投入运行。它每节车厢底部都安装有1台柴油机和2 部电动机(顶部各置一块锂电池)。混合动力火车可提高燃油利用 率20％，同时减排近60％。但这种火车造价是常规火车的2倍。 至今没有科学家提出利用太阳能作动力的火车。太阳能的密度低， 为提高其效率，传统的技术是各种方式的聚焦装置；太阳位置变 化大，最新技术是一套复杂的光学跟踪系统。但火车方向与速度 变化均大，又有剧烈震动，故无论是简单聚焦，或既跟踪又有聚 焦的复杂装置，都无人去想将太阳能用于火车。

本人已发明了“太阳能立面高效采集与全方位传输技术”，其 产品“光导块”可在不经聚光、不跟踪太阳的条件下，在大角度 范围内高效采集阳光(在一定角度内100％地采集阳光)，解决了 火车运行中方向变化和震动给太阳能利用造成的困难。本人还利 用光导块和其它技术发明了“负能耗全节省环境空调”，实现了不 产热、不制冷、不耗电还有电併网(负能耗)，实现四季恒温的环 境空调。现在将立面采光技术和负能耗环境空调的构件与原理应 用于火车，实现不耗油、煤和电的，还具有四季空调功能的火车。 这火车不排放任何温室气体，而给乘客与车务人员以最舒适的环 境。

本发明是这样实施的(说明书附图)：

附图为车厢横断面示意图示车厢的三层结构。图中1为车厢 的中层，它由绝热性能良好的高硬度的工程塑料分段注塑成型， 其中埋有金属方框，方框作用是提高塑料件刚度。成型车身塑料 段中的金属方框又连接纵肋，连接纵肋后，再用塑料充填粘合， 没有金属暴露(没有“热桥”传热)。2为光导块和光伏电池构成 的采光发电构件。1与2之间有3cm间隙，这间隙为光伏电池降 温(为提高光伏电池效率)也为寒冷地区保温为车厢外层。车顶 的1与2的间隙较大(可达5cm)，此间隙的功能除为光伏电池降 温外，还有在停车时为车厢通风降温。3为车厢内层。4为车厢底 座。5为车架。6为锂电池，它与光伏电池连接，可贮存由光伏电 池产生的电能，所贮电能供夜间和阴雨天驱动本车厢的电动机(电 动机与变速装置等，图中均未画出)。7为车轮。8为车轴。9为窗 户，由光导块制定，它可高效采集阳光，所采集阳光足够在寒带 冬天取暖所需。但在夏天它拒阳光入射。

太阳能供车厢动力的可行性：太阳的采集率与光导块法线和 光线的夹角(θ)有关，在一段情况下，为余弦效应，即cos θ， θ＝0，cos θ＝1；当θ＝90°时，cos θ＝0。在光导块的条件下， 当θ<40°时，采光效率η恒为1；这就成几倍地提高阳光采集率。 火车运行方向有变化，但多为较固定的方向(如南北向的京广线， 东西向的陇海线，南西—北东方向的沈阳—哈尔滨线)，或虽多弯 曲，但有主导方向。冬季时太阳高度角低，这季节既要用阳光发 电，也要用阳光热能取暖。很低的太阳高度角，对冬季取光发电 和取暖都是很有利的。一个朝正南(在南半球为朝正北)的光导 块立面组就可全部或近乎全部地将太阳光采集利用，在从日出到 日落的整天内。车厢顶面(水平面)能部分地采集阳光。正北面 的光导块全天不进阳光。冬至以后，太阳高度角渐增，立面能采 集的太阳能渐减，平面采集的阳光渐增。至夏至，太阳高度到极 限，平面采集的阳光最多；南立面的阳光采集率为零。夏至后， 平面的阳光采集率渐减，而北立面的阳光采集率渐增。在春天到 冬初的半年内，在我国极大多数地区不必采暖，故有更多的阳光 发电供动力用。由于车厢的表面积的一半以上可以发电和(冬季 窗户取光采暖)目前光伏电池光电转换效率在20％左右(最近报 导，美国已试验成达42％转换效率的)。它的电能大部分可直接用 于动力，多余的可贮于锂电池，供夜间和阴雨天用。为防止多天 阴雨，可采用两种办法：像现在的列车一样，配备柴油机车(车 头)备用；增强阳光采集的时间与效率，将更多的光电贮存，使 所贮电量足够阴雨天使用；也可以用网电贮电于锂电池。