CN106230320B - 一种沥青路面能量转换装置及能量转换系统 - Google Patents

一种沥青路面能量转换装置及能量转换系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于能量转换技术领域,公开了一种沥青路面能量转换装置及能量转换系统,沥青路面结构层包括路面上面层和路面中下面层,装置包括:设置在路面上面层下表面的第一铝片,设置在路面中下面层上表面的第二铝片;涂覆于第一铝片下表面上的第一乳化沥青膜,涂覆于第二铝片上表面的第二乳化沥青膜;设置于第一乳化沥青膜和第二乳化沥青膜之间的热电转换元件,热电转换元件的上表面和下表面涂覆有导热硅脂涂层;设置在第一铝片上的正电极和设置在第二铝片上的负电极。本发明能够在不影响沥青路面的耐久性、舒适型等适用性能的前提下,利用沥青路面中蓄积的热能,实现能量的转换并收集、储存、利用。

Description

一种沥青路面能量转换装置及能量转换系统
技术领域
本发明涉及能量转换技术领域,尤其涉及一种沥青路面能量转换装置及能量转换系统。
背景技术
沥青路面凭借优越的性能和行车舒适性,在高等级公路和城市道路中占很大的比重。沥青混合料是一种典型的吸热材料,对太阳能吸收率可达0.85~0.95。在我国大部分地区,夏季的最高气温可达35~40℃,研究表明沥青路面的最高温度要比最高气温高25℃,可能达到60~70℃。因此,在太阳的持续热辐射作用下,大量热量被沥青路面吸收并在沥青面层中得到蓄积,这就使得路面温度远远高于气温。在传统的路面结构中,这种本来属于不可回收并因此浪费掉的热能,进而激发车辙、推移等路面病害,不仅严重影响路面的使用质量和服务寿命,而且影响交通安全。
发明内容
针对上述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种沥青路面能量转换装置及能量转换系统,在不影响沥青路面的耐久性、舒适型等适用性能的前提下,利用沥青路面中蓄积的热能,实现能量的转换并收集、储存、利用。
为达到上述目的,本发明的实施例采用如下技术方案予以实现。
技术方案一:
一种沥青路面能量转换装置,所述沥青路面结构层包括路面上面层和路面中下面层,所述装置包括:
设置在所述路面上面层下表面的第一铝片,设置在所述路面中下面层上表面的第二铝片;
涂覆于所述第一铝片下表面上的第一乳化沥青膜,涂覆于所述第二铝片上表面的第二乳化沥青膜;
设置于所述第一乳化沥青膜和所述第二乳化沥青膜之间的热电转换元件,所述热电转换元件的上表面和下表面涂覆有导热硅脂涂层;
所述热电转换元件包含正电极和负电极。
技术方案二:
一种沥青路面能量转换系统,所述沥青路面能量转换系统包括发电单元、滤波单元、稳压单元和储能单元;
其中,所述发电单元包括多个沥青路面能量转换装置,每个沥青路面能量转换装置包括:设置在所述路面上面层下表面的第一铝片,设置在所述路面中下面层上表面的第二铝片;涂覆于所述第一铝片下表面上的第一乳化沥青膜,涂覆于所述第二铝片上表面的第二乳化沥青膜;设置于所述第一乳化沥青膜和所述第二乳化沥青膜之间的热电转换元件,所述热电转换元件的上表面和下表面涂覆有导热硅脂涂层;所述热电转换元件包含正电极和负电极;
所述发电单元用于将沥青路面上面层和沥青路面中下面层之间的温差信号转换为电信号,将所述电信号发送至滤波单元;
所述滤波单元用于对所述电信号进行滤波整流,得到整流后电信号,将所述整流后电信号发送至稳压单元;
所述稳压单元用于根据所述整流后电信号输出稳定电压,将所述稳定电压发送至储能单元;
所述储能单元用于存储电能,将电能输送至用电设备。
技术方案一的特点和进一步的改进为:
所述热电转换元件为温差发电片。
技术方案二的特点和进一步的改进为:
(1)所述热电转换元件为温差发电片。
(2)所述发电单元包括的多个温差发电片采用串联方式连接,或者并联方式连接,或者串并混联方式连接。
(3)所述发电单元的埋置深度为3-4厘米。
本发明提供的沥青路面能量转换收集应用系统具有如下优点:
绿色环保,清洁高效:太阳能作为一种绿色清洁能源,是用之不竭的,开发利用太阳能不会污染环境,它是最清洁能源之一,在环境污染越来越严重的今天,这一点是极其宝贵的。沥青路面在太阳辐射作用下会吸收并储存大量太阳能,本申请针对沥青路面中由太阳能而成的热能,将其收集起来并转换为电能,符合节能环保及绿色交通理念。
结构简单,可靠性高:本系统将热能转化为电能,是一种静态的过程,转化过程不需任何机械部件,将处理的热梯度热电转换器设置于沥青路面结构层中,结构简单,施工方便。资料表明,本申请所使用的温差发电器件正常使用寿命为二十年,采取保护措施的发电器件可以经受车辆反复荷载的作用,可靠性高。
环境适应性好,用途广泛:发电系统处于封闭状态,水、空气等外界不利因素对其影响较小;一年四季中虽然空气温度在不断发生变化,但埋置于沥青路面中的发电器件上下表面间始终存在一定的温度差,其可持续产生电能。其发电量可足够满足例如道路的路灯、信号灯、提示灯、应急灯等设施的电量需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种沥青路面能量转换系统的结构示意图一;
图2为本发明实施例提供的一种沥青路面能量转换系统的结构示意图二;
图3为本发明实施例提供的一种发电部分的结构示意图;
图4为本发明实施例提供的室外试验电压与气温及表面温度的关系示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种沥青路面能量转换装置,所述沥青路面结构层包括路面上面层和路面中下面层,所述装置包括:
设置在所述路面上面层下表面的第一铝片,设置在所述路面中下面层上表面的第二铝片;
涂覆于所述第一铝片下表面上的第一乳化沥青膜,涂覆于所述第二铝片上表面的第二乳化沥青膜;
设置于所述第一乳化沥青膜和所述第二乳化沥青膜之间的热电转换元件,所述热电转换元件的上表面和下表面涂覆有导热硅脂涂层;
所述热电转换元件包含正电极和负电极。
具体的,所述热电转换元件为温差发电片。
本发明实施例还提供一种沥青路面能量转换系统,如图1所示,所述沥青路面能量转换系统包括发电单元、滤波单元、稳压单元和储能单元。
其中,所述发电单元包括多个沥青路面能量转换装置,每个沥青路面能量转换装置包括:设置在所述路面上面层下表面的第一铝片,设置在所述路面中下面层上表面的第二铝片;涂覆于所述第一铝片下表面上的第一乳化沥青膜,涂覆于所述第二铝片上表面的第二乳化沥青膜;设置于所述第一乳化沥青膜和所述第二乳化沥青膜之间的热电转换元件,所述热电转换元件的上表面和下表面涂覆有导热硅脂涂层;所述热电转换元件包含正电极和负电极;
所述发电单元用于将沥青路面上面层和沥青路面中下面层之间的温差信号转换为电信号,将所述电信号发送至滤波单元;
所述滤波单元用于对所述电信号进行滤波整流,得到整流后电信号,将所述整流后电信号发送至稳压单元;
所述稳压单元用于根据所述整流后电信号输出稳定电压,将所述稳定电压发送至储能单元;
所述储能单元用于存储电能,将电能输送至用电设备。
具体的,所述热电转换元件为温差发电片。
进一步的,所述发电单元包括的多个温差发电片采用串联方式连接,或者并联方式连接,或者串并混联方式连接。
更进一步的,所述发电单元的埋置深度为3-4厘米。
示例性的,在1平方米的沥青路面中,发电单元包含20-50个沥青路面能量转换装置。
本发明的沥青路面能量转换收集系统具体是在沥青路面结构层中设置若干个串并联的热梯度热电转换器,将太阳光照和大气热量辐射产生的热量直接转换成电能,采用滤波电路及稳压电路处理后,储存于蓄电装置中,为道路附属设施进行供电。该系统符合绿色环保的工程建设理念,不仅实现了清洁能源的可持续利用,而且还能有效减缓路面高温引起的病害。
示例性的,参考图2,一种沥青路面能量转换收集系统包括发电部分、输出储存部分和应用部分。其中发电部分如图3所示,首先按照路面设计铺设中(下)面层3,然后再铺设热梯度热电转换元件的位置铺设铝片,铝片上预先涂刷高固含量(固含量60%以上,脱水后的涂膜厚度大于0.2mm)的乳化沥青,将上、下表面涂覆导热硅脂涂层的若干个热电转换元件铺设于涂有乳化沥青膜的铝片上,乳化沥青成膜后可以保护热电转换元件,以防止在施工以及汽车荷载的反复作用下损坏;热电转换元件的上面覆盖铝片,之间涂乳化沥青成膜保护层,然后铺筑路面上面层1。同时,为保证发电系统的耐久性和发电效率,热电转换元件的埋置深度为3-4cm,试验研究采用的布设密度为:1m*1m的沥青路面层中布设36个热电转换元件。
实施效果如下:
在某地进行了室外模拟实验,将埋设有4个热电转换元件的30cm×30cm的车辙板埋在室外。在自然环境下,从早上10:25至下午4:25,每15分钟测一次电压,进行记录如图4所示。
从早上10:25开始,随着气温的升高,试件表面温度和产生的电压都逐渐升高,其中产生电压在中午12:30左右达到最高值,而试件表面温度在午后14:30左右达到最高值,可见发电效率的高低与温度不存在完全的对应关系,真正起决定作用的是发电元件上下表面的温差大小。根据温差发电片内阻为0.03Ω,并采用微元法计算可得单个温差发电器件当天从早上10:25至下午4:25的发电量为0.00072千瓦时,即为2592焦耳。
本发明提供的沥青路面能量转换收集应用系统具有如下优点:
(1)绿色环保,清洁高效
太阳能作为一种绿色清洁能源,是用之不竭的,开发利用太阳能不会污染环境,它是最清洁能源之一,在环境污染越来越严重的今天,这一点是极其宝贵的。沥青路面在太阳辐射作用下会吸收并储存大量太阳能,本申请针对沥青路面中由太阳能而成的热能,将其收集起来并转换为电能,符合节能环保及绿色交通理念。
(2)结构简单,可靠性高
本系统将热能转化为电能,是一种静态的过程,转化过程不需任何机械部件,将处理的热梯度热电转换器设置于沥青路面结构层中,结构简单,施工方便。资料表明,本申请所使用的温差发电器件正常使用寿命为二十年,采取保护措施的发电器件可以经受车辆反复荷载的作用,可靠性高。
(3)环境适应性好,用途广泛
发电系统处于封闭状态,水、空气等外界不利因素对其影响较小;一年四季中虽然空气温度在不断发生变化,但埋置于沥青路面中的发电器件上下表面间始终存在一定的温度差,其可持续产生电能。其发电量可足够满足例如道路的路灯、信号灯、提示灯、应急灯等设施的电量需求。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种沥青路面能量转换系统,其特征在于,所述沥青路面能量转换系统包括发电单元、滤波单元、稳压单元和储能单元;
其中,所述发电单元包括多个沥青路面能量转换装置,每个沥青路面能量转换装置包括:设置在所述路面上面层下表面的第一铝片,设置在所述路面中下面层上表面的第二铝片;涂覆于所述第一铝片下表面上的第一乳化沥青膜,涂覆于所述第二铝片上表面的第二乳化沥青膜;所述第一乳化沥青膜和第二乳化沥青膜采用固含量大于60%的乳化沥青进行涂覆,且所述第一乳化沥青膜和第二乳化沥青膜的厚度大于0.2mm;设置于所述第一乳化沥青膜和所述第二乳化沥青膜之间的热电转换元件,所述热电转换元件的上表面和下表面涂覆有导热硅脂涂层;所述热电转换元件包含正电极和负电极;
所述发电单元用于将沥青路面上面层和沥青路面中下面层之间的温差信号转换为电信号,将所述电信号发送至滤波单元;
在1平方米的沥青路面中,所述发电单元包含20-50个沥青路面能量转换装置;
所述滤波单元用于对所述电信号进行滤波整流,得到整流后电信号,将所述整流后电信号发送至稳压单元;
所述稳压单元用于根据所述整流后电信号输出稳定电压,将所述稳定电压发送至储能单元;
所述储能单元用于存储电能,将电能输送至用电设备。
2.根据权利要求1所述的一种沥青路面能量转换系统,其特征在于,所述热电转换元件为温差发电片。
3.根据权利要求2所述的一种沥青路面能量转换系统,其特征在于,所述发电单元包括的多个温差发电片采用串联方式连接,或者并联方式连接,或者串并混联方式连接。
4.根据权利要求1所述的一种沥青路面能量转换系统,其特征在于,所述发电单元的埋置深度为3-4厘米。
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