CN203212978U - 一种压电自发电的融雪化冰路面 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种压电自发电的融雪化冰路面，包括依次从下到上设置的基层、下面层、中面层和上面层，上面层由导电沥青混凝土以及埋设在导电沥青混凝土中的正电极和负电极构成，中面层与上面层之间设置有压电发热层，压电发热层中埋设有发热电阻丝和压电叠堆换能器，以及用于将压电叠堆换能器转化出的电能收集起来供发热电阻丝、正电极和负电极加热使用的蓄电池，压电叠堆换能器通过依次相接的电桥整流电路和滤波稳压电路与所述蓄电池相接，蓄电池通过温控开关与发热电阻丝、正电极和负电极相接。本实用新型结构简单，设计合理，无需人工操控就能自动完成融雪化冰，智能化程度高，环保经济，融雪效果好，不影响正常的交通秩序，适用范围广。

Description

一种压电自发电的融雪化冰路面

技术领域

本实用新型涉及一种融雪化冰路面，尤其是涉及一种压电自发电的融雪化冰路面。

背景技术

交通运输是国民经济的大动脉，对整个国民经济的发展起到不可估量的作用。但道路的安全问题，尤其是道路道面的降雪结冰问题，已成为道路工作者需重点解决的难题之一。

目前，冬季除冰雪的方法主要有两种类型,机械清除法和融除法。机械法适合于大面积机械化清除作业，但往往需在雪后完成,作业中有碍交通；路面结冰后，彻底清除困难；冰雪铲除机械受季节影响较大，利用率低。融除法包括化学融除法和热融法。

化学融雪法主要依托化学融化剂，该法具有材料来源广泛、价格便宜、化冰雪效果好，可以起到防滑作用，曾经被普遍应用。化学融雪需要后期清理，环境污染严重，往往造成严重的水资源污染。此外，对钢筋、路面、行运工具腐蚀严重，需要巨额费用修复道路和桥梁，经济损失巨大。目前，许多国家和地区已经开始禁用化学融雪方式，在常规路段提倡采用机械清雪方式。在重要路段，如机场跑道、桥梁、隧道进出口、公路收费站口、弯道、坡路、停车场等特殊区段，建议使用自动热控融雪方式。使热融雪化冰技术面临新的机遇。

热融法是采用加热的方式使冰雪融化，主要有电缆加热、导电混凝土或沥青以及循环热流体方法等。前者直接消耗电力，能源利用率限度是1:1，需要强大的电力资源做后盾；后者利用热流体循环转换装备(如热泵)，可实现1:4以上的能量转换效率，但需要安装复杂的管道，费用较高。通过诸如地能、太阳能等可再生能源的有效利用，以及季节性蓄能利用，可达到更高的能源利用率，但这些都同样面临使用条件和地区的限制的问题，工艺复杂，经济性差。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种压电自发电的融雪化冰路面，其结构简单，设计合理，无需人工操控就能自动完成融雪化冰，智能化程度高，既环保又经济，融雪效果好，不影响正常的交通秩序，适用范围广。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种压电自发电的融雪化冰路面，包括依次从下到上设置的基层、下面层、中面层和上面层，其特征在于：所述上面层由导电沥青混凝土以及埋设在导电沥青混凝土中的正电极和负电极构成，所述中面层与上面层之间设置有压电发热层，所述压电发热层中埋设有发热电阻丝和用于将行车荷载机械能转化为电能的压电叠堆换能器，以及用于将压电叠堆换能器转化出的电能收集起来供发热电阻丝、正电极和负电极加热使用的蓄电池，所述压电叠堆换能器通过依次相接的电桥整流电路和滤波稳压电路与所述蓄电池相接，所述蓄电池通过温控开关与所述发热电阻丝、正电极和负电极相接。

上述的一种压电自发电的融雪化冰路面，其特征在于：所述中面层与所述压电发热层之间设置有隔热层。

上述的一种压电自发电的融雪化冰路面，其特征在于：所述压电叠堆换能器的数量为多个且均匀布设在所述融雪化冰路面的车轮轨迹带位置处，多个所述压电叠堆换能器串联后与电桥整流电路相接。

上述的一种压电自发电的融雪化冰路面，其特征在于：所述正电极的数量和所述负电极的数量相等且均为多个，所述正电极与负电极相互交叉设置在所述融雪化冰路面的车轮轨迹带的内侧。

上述的一种压电自发电的融雪化冰路面，其特征在于：所述发热电阻丝的数量为多根且布设在所述融雪化冰路面的车轮轨迹带的内侧。

上述的一种压电自发电的融雪化冰路面，其特征在于：所述压电叠堆换能器由多片通过导电胶粘结在一起的压电陶瓷片构成，多片所述压电陶瓷片的正极相对且通过正极导线电连接并引出，多片所述压电陶瓷片的负极相对且通过负极导线电连接并引出。

上述的一种压电自发电的融雪化冰路面，其特征在于：所述压电陶瓷片为PZT-5H型压电陶瓷片。

上述的一种压电自发电的融雪化冰路面，其特征在于：所述温控开关为双金属片温控开关。

上述的一种压电自发电的融雪化冰路面，其特征在于：所述双金属片温控开关包括腔体，设置在腔体内部的第一金属片和第二金属片，以及对称固定在腔体两端的第一固定端和第二固定端，所述第一金属片的一端与所述第一固定端固定连接，所述第一金属片的另一端下部固定连接有第一动触点，所述第二金属片的一端与所述第二固定端固定连接，所述第二金属片的另一端上部固定连接有与所述第一动触点相配合的第二动触点。

上述的一种压电自发电的融雪化冰路面，其特征在于：所述压电发热层的厚度为15mm～25mm。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型结构简单，设计合理，实现方便。

2、本实用新型所采用的温控开关可以满足本实用新型自动化工作的需要，无需人工操控，就能自动完成融雪化冰，智能化程度高，融雪化冰效果也有了很大的改进。

3、本实用新型首先通过压电叠堆换能器把行车荷载的机械能转化为电能，通过蓄电池加以储存，来作为加热电阻丝、正电极和负电极工作的能量来源，无需外接电源，就能完成融雪化冰，既环保又经济，并且克服了偏远地区电能短缺的难题。

4、本实用新型正电极与负电极相互交叉设置在所述融雪化冰路面的车轮轨迹带的内侧，由于提高导电沥青混凝土发热功率的主要途径是减小电极间距和增大电压，而蓄电池输出的电压是一定的，因此，将正电极与负电极交替埋设，不会使正电极与负电极之间的距离无谓的增大，使其工作效率更佳，且加热均匀。

5、本实用新型能够在路面结冰时及时融雪化冰，上面层的导电沥青混凝土可以使整个面层保持一定的温度，在持续发热的情况下具有一定的自愈能力，可以有效地减少路面低温开裂病害的发生，而且由于压电发热层埋设在上面层下，因此融雪化冰工作的同时不会影响正常的交通秩序。

6、本实用新型的实用性强，使用效果好，可广泛用于水泥混凝土和沥青混凝土路面融雪化冰，适用于各种公路和城市道路，具有良好的效益和应用前景。

综上所述，本实用新型结构简单，设计合理，无需人工操控就能自动完成融雪化冰，智能化程度高，既环保又经济，融雪效果好，不影响正常的交通秩序，适用范围广。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型压电叠堆换能器和发热电阻丝在压电发热层中的埋设位置示意图。

图3为本实用新型的电路原理框图。

图4为本实用新型压电叠堆换能器的结构示意图。

图5为本实用新型温控开关的结构示意图。

附图标记说明:

1—基层；    2—下面层；      3—中面层；

4—隔热层；  5—压电发热层；  6—上面层；

7—发热电阻丝；        8—压电叠堆换能器； 8-1—压电陶瓷片；

8-2—正极导线；        8-3—负极导线；     9—蓄电池；

10—电桥整流电路；     11—滤波稳压电路；  12—温控开关；

12-1—腔体；           12-2—第一金属片；  12-3—第二金属片；

12-4—第一固定端；     12-5—第二固定端；  12-6—第一动触点；

12-7—第二动触点；     13-1—正电极；      13-2—负电极。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型包括依次从下到上设置的基层1、下面层2、中面层3和上面层6，所述上面层6由导电沥青混凝土以及埋设在导电沥青混凝土中的正电极13-1和负电极13-2构成，所述中面层3与上面层6之间设置有压电发热层5，所述压电发热层5中埋设有发热电阻丝7和用于将行车荷载机械能转化为电能的压电叠堆换能器8，以及用于将压电叠堆换能器8转化出的电能收集起来供发热电阻丝7、正电极13-1和负电极13-2加热使用的蓄电池9，所述压电叠堆换能器8通过依次相接的电桥整流电路10和滤波稳压电路11与所述蓄电池9相接，所述蓄电池9通过温控开关12与所述发热电阻丝7、正电极13-1和负电极13-2相接。

如图1所示，本实施例中，所述中面层3与所述压电发热层5之间设置有隔热层4，防止压电发热层5产生的热量下散流失。具体实施时，所述隔热层4可采用具有高隔热性能的碳纤维毡制成，并用高粘沥青使之与压电发热层5和中面层3粘结。

如图2和图3所示，本实施例中，所述压电叠堆换能器8的数量为多个且均匀布设在所述融雪化冰路面的车轮轨迹带位置处，多个所述压电叠堆换能器8串联后与电桥整流电路10相接。所述正电极13-1的数量和所述负电极13-2的数量相等且均为多个，所述正电极13-1与负电极13-2相互交叉设置在所述融雪化冰路面的车轮轨迹带的内侧。所述发热电阻丝7的数量为多根且布设在所述融雪化冰路面的车轮轨迹带的内侧。以上布设方式能够使得能量转化、收集和加热的效率达到最高。具体实施时，发热电阻丝7和压电叠堆换能器8在压电发热层5中的埋设方式是：先将发热电阻丝7和压电叠堆换能器8按照既定的方式连接，然后布设在隔热层4上且位于车轮轨迹带位置处，最后进行压电发热层5的摊铺、碾压。

如图4所示，本实施例中，所述压电叠堆换能器8由多片通过导电胶粘结在一起的压电陶瓷片8-1构成，多片所述压电陶瓷片8-1的正极相对且通过正极导线8-2电连接并引出，多片所述压电陶瓷片8-1的负极相对且通过负极导线8-3电连接并引出。具体地，所述压电陶瓷片8-1为PZT-5H型压电陶瓷片。为了提高压电叠堆换能器8的强度，可以先可以采用环氧树脂封装，然后再进行埋设。

如图5所示，本实施例中，所述温控开关12为双金属片温控开关。所述双金属片温控开关包括腔体12-1，设置在腔体12-1内部的第一金属片12-2和第二金属片12-3，以及对称固定在腔体两端的第一固定端12-4和第二固定端12-5，所述第一金属片12-2的一端与所述第一固定端12-4固定连接，所述第一金属片12-2的另一端下部固定连接有第一动触点12-6，所述第二金属片12-3的一端与所述第二固定端12-5固定连接，所述第二金属片12-3的另一端上部固定连接有与所述第一动触点12-6相配合的第二动触点12-7。具体实施时，所述腔体12-1由导热性能好的金属材料制成，并且强度大于行车荷载产生的压力；腔体12-1与第一金属片12-2和第二金属片12-3之间均留有一定的间隙，防止第一金属片12-2和第二金属片12-3与腔体12-1接触而连通电路；第一动触点12-6与第二动触点12-7之间的间隙根据采用的第一金属片12-2和第二金属片12-3随温度变化的程度而定，需满足温度低于冰点时第一动触点12-6与第二动触点12-7能够相接触的要求；适当地选择第一金属片12-2和第二金属片12-3的材料并调整第一金属片12-2和第二金属片12-3之间的间隙，可以满足不同的工作温度需要。所述双金属片温控开关的工作原理为物体热胀冷缩原理，具体而言，第一金属片12-2和第二金属片12-3的两面均为不同物质的导体，在变化的温度下由于胀缩程度不一样而使第一金属片12-2和第二金属片12-3弯曲，使得第一动触点12-6碰到第二动触点12-7，使发热电阻丝7与蓄电池9连通，电路开始工作。

本实施例中，所述压电发热层5的厚度为15mm～25mm。具体实施时，所述压电发热层5可由粗集料、细集料、沥青、导热性填料和矿粉复合而成，导热性填料可选用炭黑、石墨粉和碳素纤维中的一种或几种的混合物。导热性填料可以极大地提高压电发热层5的导热性能。

本实用新型的工作原理及工作过程是：汽车行驶过程中对融雪化冰路面的纵向压力经上面层6传递到压电叠堆换能器8上，构成压电叠堆换能器8的压电陶瓷片8-1受力发生形变而产生交流电，电桥整流电路10把压电叠堆换能器8输出的交流电经过整流后变成直流电并经过滤波稳压电路11的滤波处理后存储于蓄电池9中，温控开关12用于控制发热电阻丝7的起始工作温度，当温度降低至某一温度值时，温控开关12闭合，发热电阻丝7与蓄电池9接通，发热电阻丝7开始工作，以此达到融雪化冰的目的。隔热层4用于阻止发热电阻丝7产生的热量向下消散，提高融雪化冰的效率。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种压电自发电的融雪化冰路面，包括依次从下到上设置的基层（1）、下面层（2）、中面层（3）和上面层（6），其特征在于：所述上面层（6）由导电沥青混凝土以及埋设在导电沥青混凝土中的正电极（13-1）和负电极（13-2）构成，所述中面层（3）与上面层（6）之间设置有压电发热层（5），所述压电发热层（5）中埋设有发热电阻丝（7）和用于将行车荷载机械能转化为电能的压电叠堆换能器（8），以及用于将压电叠堆换能器（8）转化出的电能收集起来供发热电阻丝（7）、正电极（13-1）和负电极（13-2）加热使用的蓄电池（9），所述压电叠堆换能器（8）通过依次相接的电桥整流电路（10）和滤波稳压电路（11）与所述蓄电池（9）相接，所述蓄电池（9）通过温控开关（12）与所述发热电阻丝（7）、正电极（13-1）和负电极（13-2）相接。

2.按照权利要求1所述的一种压电自发电的融雪化冰路面，其特征在于：所述中面层（3）与所述压电发热层（5）之间设置有隔热层（4）。

3.按照权利要求1或2所述的一种压电自发电的融雪化冰路面，其特征在于：所述压电叠堆换能器（8）的数量为多个且均匀布设在所述融雪化冰路面的车轮轨迹带位置处，多个所述压电叠堆换能器（8）串联后与电桥整流电路（10）相接。

4.按照权利要求1或2所述的一种压电自发电的融雪化冰路面，其特征在于：所述正电极（13-1）的数量和所述负电极（13-2）的数量相等且均为多个，所述正电极（13-1）与负电极（13-2）相互交叉设置在所述融雪化冰路面的车轮轨迹带的内侧。

5.按照权利要求1或2所述的一种压电自发电的融雪化冰路面，其特征在于：所述发热电阻丝（7）的数量为多根且布设在所述融雪化冰路面的车轮轨迹带的内侧。

6.按照权利要求1或2所述的一种压电自发电的融雪化冰路面，其特征在于：所述压电叠堆换能器（8）由多片通过导电胶粘结在一起的压电陶瓷片（8-1）构成，多片所述压电陶瓷片（8-1）的正极相对且通过正极导线（8-2）电连接并引出，多片所述压电陶瓷片（8-1）的负极相对且通过负极导线（8-3）电连接并引出。

7.按照权利要求6所述的一种压电自发电的融雪化冰路面，其特征在于：所述压电陶瓷片（8-1）为PZT-5H型压电陶瓷片。

8.按照权利要求1或2所述的一种压电自发电的融雪化冰路面，其特征在于：所述温控开关（12）为双金属片温控开关。

9.按照权利要求8所述的一种压电自发电的融雪化冰路面，其特征在于：所述双金属片温控开关包括腔体（12-1），设置在腔体（12-1）内部的第一金属片（12-2）和第二金属片（12-3），以及对称固定在腔体两端的第一固定端（12-4）和第二固定端（12-5），所述第一金属片（12-2）的一端与所述第一固定端（12-4）固定连接，所述第一金属片（12-2）的另一端下部固定连接有第一动触点（12-6），所述第二金属片（12-3）的一端与所述第二固定端（12-5）固定连接，所述第二金属片（12-3）的另一端上部固定连接有与所述第一动触点（12-6）相配合的第二动触点（12-7）。

10.按照权利要求1或2所述的一种压电自发电的融雪化冰路面，其特征在于：所述压电发热层（5）的厚度为15mm～25mm。

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