CN1276844A - 控制道路、街道、露天空间等上方的电离气体和/或粒子量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种控制悬浮在道路、街道、露天空间等上方空气中的电离气体和/或粒子量的方法。这是通过在道路、街道、露天空间等与所述电离气体和/或粒子之间建立电场而实现的。借助控制电场,我们能控制电离气体和/或粒子的量。本发明还指出,如何在道路、街道、露天空间等邻近周围表面,如隧道壁面之间建立电场。电场是通过使至少表面顶层带电和接地或连接至电源的一极而建立的。

Description

控制道路、街道、露天空间等上方的电离气体和/或粒子量的方法

本发明涉及控制悬浮在道路、街道、露天空间等上方空气中的电离气体和/或粒子量的方法。

术语表面指道路、街道、包括机场在内的露天空间的表面，还有道路、街道、露天空间、以及道路、街道和露天空间上的标记周围的表面。道路、街道和露天空间的表面通常由与诸如具有一定颗粒尺寸的砂粒、卵石和石子的添加材料相混合的粘合剂构成。粘合剂通常完全包围添加材料。粘合剂通常为沥青，它也可混合有柏油、气体焦油、沥青聚合物和塑性材料。在本说明书中，采用术语沥青，即使沥青与上述一种或多种材料相混合。道路、街道和露天空间以及道路、街道和露天空间上的标记周围的表面由本质上已知的商业产品构成。

沥青是十分良好的电绝缘体，并用于其它材料中以密封电气部件。具有沥青粘合剂的道路表面将是电绝缘体，这样，它将不传导电流。已知诸如硬质橡胶、玻璃等的绝缘材料可通过例如紧贴另一材料进行摩擦而带有电荷。同样，道路、街道和露天空间的绝缘表面将由于运动车辆的摩擦而带电荷；它将通过太阳辐射和加热空气分子而带电，空气分子被电离并从表面流出；以及它将通过表面的热胀冷缩而带电。表面中的粘合剂将失去电子，从而使表面带正电荷。结果，表面将接受相对大地为正的电荷，而大地带有负电荷。

例如从美国专利5,707,171已知可使道路表面导电。但是，先前这只是为了防止结冰，借助电流通过路面对其加热才加以应用。

废气从内燃机流出，且气体通常是电离的并具有正电荷。废气中的粒子同样带正电荷。路面上方空气中的尘埃粒子通常也带正电荷。尘埃粒子除其它来源外，还来自路面的顶层、工业和/或个人的排放物。

带电荷的表面将起静电系统中的电极的作用。道路表面中的正的表面电荷的极性与道路、街道、露天空间等上方的废气中的气体离子和/或粒子的电荷的极性相同。因此，表面将排斥所述气体和/或粒子。结果是，表面之上的电离气体和/或粒子将仍悬浮在道路、街道和露天空间的上方。形成了作用在电离气体和/或粒子上的电库伦力。此力的方向是离开顶层，因此与重力作用相反。这样就形成了电悬浮力。

已证明道路、街道和露天空间之上的电离气体和/或粒子成为日益增加的健康危害物。本发明的目的就是控制电离气体和/或粒子。这是通过如权利要求1中所指出的在上述表面与欲被控制的电离气体和/或粒子之间形成电场而实现的。其它权利要求进一步指出本发明的优点及实施例。

根据本发明，至少表面的顶层以及电离气体和/或粒子将构成一个电容器中的两个电极。

已有惊人发现，即通过对道路、街道、露天空间等采用一种至少顶层是带电荷的并与地或负电源进行电接触的表面，则带正电荷的气体和带正电荷的尘埃粒子将被吸引至该表面。这意味着，有害和污染的物质将被约束至表面。而且，带正电荷的气体和/或粒子将通过与带电荷表面的接触而中和。此外，接地的表面将不会由于运动车辆的摩擦或由于太阳辐射、加热和电离从表面流出的空气分子、以及由于表面的膨胀和收缩而带电。此外，车辆与表面之间的电摩擦的减少将能降低车辆的燃料消耗，从而降低废气的排放。

通过本发明获得的结果是，从内燃机排出的废气和粒子以及尘埃粒子不是悬浮在表面之上而是被吸引至表面上，结果是表面上方的空气保持干净。这对减少污染是十重要的，因为除其它因素外，污染由内燃机排出的废气造成，因此本发明对环境极为重要。目前，大面积的表面被诸如沥青的绝缘表面所覆盖。此表面的范围是如此之大，因此这除了对环境重要外，还可能对地球上的气候和生命有重要意义。

由于工业和私人住户中的燃烧以及汽车交通，大量电离气体和/或粒子将在道路、街道、露天空间等的上方形成。在这些地方，带电荷的表面将建立一个电场，从而控制有害电离气体和/或粒子的量。表面带电是通过向目前应用的粘合剂、至少在表面顶层中添加诸如碳粉的导电材料而实现的。然后将此表面与地或负电源进行接触。这使表面成为一个电容器中的阴极，而带正电荷的电离气体和/或粒子则成为阳极。建立在阳极与阴极之间的电场将把电离气体和/或粒子吸向顶层，从而使它们电离并防止它们悬浮。

为使表面带电，也可在顶层之下应用一个导电金属或压电材料网，它与地或负电源接触。带电的顶层还可由涂层构成，它涂敷在整个或部分表面的顶部上，例如形为为道路标记等的部分上。

与地处于电接触的带电表面将是电中性的。它将能发射或吸收由于汽车轮子摩擦产生的电子，汽车将保持电中性。其结果是，车辆和车辆中的人都不会带电，都不会获得一个相对环境的电压。这将防止出入车辆时由于电位差引起不愉快的电击，而这对行驶在标准绝缘表面上的车辆是很常见的。同样，导电表面将减少由于车辆和表面之间电位差引起的打火花风险。在具有导电表面的道路上运输的易燃和易爆化学品和气体由于着火而发生的事故因而将减少。

研究表明，驾车时的汽车病和疲劳感是由于在车辆中形成了静电场。这将通过应用导电表面而减轻，导电表面与地进行电接触，并从而是电中性的。因此，本发明对交通安全也是重要的。

现将结合附图更为详尽地说明本发明，附图展示了本发明的实施例，但并不限制本发明的概念。

图1和图2分别表示具有接地点的导电表面的截面图和切面图。

图3和图4分别表示导电表面的截面图和切面图，该导电表面作为顶层铺设在现有道路上并具有接地点。

图5是一种导电表面的切面图，其中电源连接在表面与接地点之间。

图6a显示没有应用本发明时的静电图像。

图6b显示应用本发明时的静电图像。

现在我们参看图1和图2，图中分别展示了道路、街道露天空间的导电表面1的截面图和切面图，其中的粘合剂2是导电的。导电粘合剂2围绕着添加材料3，添加材料3可以是具有一定颗粒尺寸的砂石、卵石或石头。表面1通常覆盖在粗石或一层碎石之上，它们将起绝缘体的作用。在现代道路建筑中，通常采用绝缘，而诸如塑料层就是良好的电绝缘体。为确保接地良好，因此在表面1中必须有接地线。在表面1中，按一定间隔插入一个或多个非绝缘的导体5。导体5也可由一定宽度的柔软的、非绝缘金属网构成。这些导体5按一定间隔横越表面1的纵向而插入，并在接地点6接地。一个接地棒可用作接地点6。此外，接地导体可沿表面1的纵向插入，如图3和图4所示。

在导电表面1覆盖其地基具有良好电导率的区域的场合，因为它将起接地线的作用，则接地点6不一定必须并可取消。

图3和4分别展示了现有道路、街道、露天空间10的截面图和切面图。在现有道路10上设置了导电表面11作为顶层。现有表面12可以是标准商业型的沥青、柏油或油砾石、或混凝土。在目前具有绝缘表面12的现有道路、街道、露天空间上覆盖形式为顶层的导电表面11，它们就将转变成导电表面。

导电表面11可由导电粘合剂2构成，应用时可具有或不具有诸如一定颗粒尺寸的砂粒或卵石的添加材料3。表面11可以薄顶层的形式直接覆盖在现有路面10上，其厚度为几个毫米到几厘米。所获得的优点在于，导电表面不改变现有路面10的弹性和机械性能的特性。也可让此表面11只覆盖部分现有道路，例如形为道路标记的部分。这时，在本发明的一个优选实施例中，将采用本质上已知的材料，并可能添加导电材料，诸如碳粉或金属粉末。

在导电表面11中的一个或多个点上插入一个或多个非绝缘的导电体5。导体或一些导体按一定间隔在接地点6接地。接地棒可用作接地点。已存在的接地点也可加以应用。每一接地点6之间的距离取决于是否在表面的一侧或两侧应用导体、导电表面中的电导率和道路、街道或露天空间上的车流密度，因为这将确定单位时间内有多大体积的废气被传送至表面并被中和。每一接地线之间的距离可以最方便的方式通过测量加以确定。测试中已发现，可应用从1至1000米的距离，但最好应用从20至200米的距离。

图5是道路、街道、露天空间等的导电表面1的切面图，其中粘合剂2是导电的。导电表面1可作为新路面加以铺设，或作为顶层铺设在现有路面上。一个或多个非绝缘的导体5插入至表面1中。这些导体既可沿着表面1的纵向又可横越表面1的纵向而插入，并在接地点6接地。接地棒可用作接地点。直流电源7在表面1与接地点6之间连接至接地导体5。电源7的负极连接至表面1，而正极连接至接地点6。这样，表面1就获得对地的负电位。表面1与接地点6之间的电压或电位差决定于单位时间内有多大体积的废气被传送至表面并被中和。电位差可以最方便的方式借助测量加以确定。测试中已发现，可应用在1V与1000V之间的电位差，但最好应用1V与100V之间的电位差。

为获得道路、街道、露天空间等的带电荷的表面，采用一种粘合剂混合物，它主要由沥青构成，向其中添加了诸如碳粉或金属粉末的导电材料。柏油、气体焦油、沥青聚合物、塑性材料可添加至沥青中。本发明中沥青一词用于表示主要成分，即使上述材料添加至沥青中。

为获得道路、街道、露天空间以及道路、街道和露天空间上的标记附近的表面为导电的路表面，可应用本质上已知的材料，其中添加了诸如碳粉或金属粉末的导电材料。

重要的在于，用于使沥青导电的材料应易于与沥青混合，并无损于作为道路表面中粘合剂的沥青性能。已发现，是一种导电材料的碳粉具有这些性能。各种类型的碳粉都能应用，诸如碳墨或石墨、煤、焦炭或木炭的粉末。碳纤维也可应用，因为除了提供电导性外，它还能使沥青混合物具有大的机械强度。

除碳粉外，金属粉末或可单独使用、或可与碳粉一起使用。金属颗粒的形状为片状或细纤维的金属粉末特别适用。形状为片状的铝加色剂就是一例。

粘合剂中的电导率将随混合于其中的碳粉量而变化。电阻是电导率的倒数值，它用商业测量仪器进行测量较为简单。已进行的测量表明导电表面中的电阻位于各类土壤样品测得的值的范围内。土壤样品的测量值为从2Mohm/cm至50Mohm/cm。土壤样品中的电阻可能高度取决于样品中的水份含量以及溶解在水中并形成离子的盐含量。

现在我们参看图6，它展示了本发明应用在道路上的实例。图6a表示没有应用本发明的静电图像，其中电离气体和/或粒子8以及道路表面1均带正电荷，因此相互排斥。图6b表示应用本发明的静电图像。表面1通过导体5连接至接地点6或电源7的一个极，电源另一极接地。这样，表面1将代表一个阴极，而电离气体和/或粒子8将代表一个阳极。它们一起形成一个电容器，在阳极与阴极之间的区域中将产生一个电场，从而产生作用于电离气体和/或粒子上的静电力。其结果是表面具有吸引效应，从而阻止尘埃悬浮在空中。

已进行的测试表明，来自内燃机的电离废气和粒子在绝缘表面上方的悬浮时间要远长于在接地的导电表面上方的悬浮时间。此文中悬浮时间指气体混合物从原始气体成分直至其自然地转换成周围空气所需的时间、或粒子落至地面所需的时间。

两个封闭的玻璃盒充满着一定体积的具有已知气体和粒子浓度的内燃机排放废气。测量的体积是50升，测得的气体混合物的体积百分比为：18％的O₂、9％的CO₂、0.5％的CO及350ppm的碳氢化合物，其余则为N₂。一个盒子放置在不加电荷的导电表面上。一个盒子放置在接地的导电表面上。离子计的测量表明，绝缘表面上气体保留其原始成分的时间要比导电表面上的气体长得多。电离废气在绝缘表面上的悬浮时间大约为在接地导电表面上悬浮时间的两倍。在此实验中尚未考虑这一事实，即绝缘表面通常带有正电荷，这引起电离气体和粒子在这种表面上的悬浮时间大大加长。

在具有不同电导率的不同表面上进行了测量。电导率随着从半导电的粘合剂至由导电板构成的表面而变化。测试表明，当表面中电导率增加时，电离气体和粒子的悬浮时间减少。

Claims (9)

1、一种用于控制道路、街道、露天空间等上方的带电荷的电离气体和/或粒子的浓度的方法，其特征在于，在所述电离气体和/或粒子与这些道路、街道、露天空间等之上和/或这些道路、街道或露天空间周围的表面之上的表面(1；11)之间建立一个电场，其方法是通过使所述表面(1；11)的至少顶层带电或具有所需的电位，并且此带电的顶层接地或连接至其另一极接地的电源(7)的一极上，其结果是，所述电离气体和粒子将被吸引、排斥或至少落向表面(1；11)。

2、如权利要求1的方法，其特征在于，至少在表面(1)的顶层中应用了一种导电的粘合剂(2)，该粘合剂(2)包围着形为砂粒、卵石或石头的添加材料(3)。

3、如权利要求2的方法，其特征在于，所述粘合剂(2)是一种商业上可购买到的粘合剂，它可由沥青、柏油、气体焦油、沥青聚合物、塑性材料等构成，并向其中添加了一种导电材料。

4、如权利要求3的方法，其特征在于，所述导电材料包含碳粉和/或金属粉末。

5、如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述接地或与电源(7)的一极相连接是通过将非绝缘导电体(5)插入所述顶层而实现的，并且是在一点或多点接地或连接至所述电源(7)的所述一极上。

6、如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述顶层由涂层(11)构成，它铺设在整个或部分表面(12)上，例如形为道路标记或类似物的部分上。

7、如权利要求6的方法，其特征在于，所述涂层(11)由实际上已知的材料构成，对其可添加一种导电材料。

8、如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，道路、街道、露天空间等周围的所述表面由隧道壁、安全屏障、噪声隔板等构成。

9、如权利要求8的方法，其特征在于，所述表面涂敷有一种本质上已知的导电材料。

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