CN203593926U - 一种沥青混凝土发电路面结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种沥青混凝土发电路面结构，包括基础沥青混凝土层和基础沥青混凝土层上面的表面沥青混凝土层，在基础沥青混凝土层和表面沥青混凝土层之间设置有压电沥青混凝土层，在压电沥青混凝土层内的两条轮迹分布带上各自嵌入有电流采集端；所述的电流采集端包括两条平行导线，两条平行导线之间分布有多个棒状电极，每个棒状电极只与两条平行导线中的一条导线相连，相邻棒状电极交替连接在两条平行导线上；电流采集端的两条平行导线与整流电路相连，整流电路通过直流换能器与蓄电池相连。充分利用了发电沥青混凝土的压电性能产生电能，充分考虑了发电沥青混凝土和棒状电极的协调性，能够很好的收集压电材料在行车荷载作用下的电能。

Description

一种沥青混凝土发电路面结构

技术领域

本实用新型属于道路工程领域，涉及沥青混凝土，具体涉及一种沥青混凝土发电路面结构。

背景技术

随着我国道路系统建设日益完善，新型能源俭约型道路的研究开发将逐渐崭露头角。上个世纪末期，许多材料研究者发现了压电材料，对压电材料给与一定的应力，材料将产生电能。道路工程从开放交通到完全破坏，路面将承受几十万次甚至几百万次的车辆荷载，若将此机械能通过压电材料转化为电能，将对带来无限的经济与社会效益。

道路工程中，路面从开放交通到寿命终期，将承受几十万次甚至几百万次的行车荷载，路面内将产生不可预估的机械能。若将行车荷载在路面内产生的机械能有效的收集，将极大的带动全球生态型道路的发展，带来巨大的经济与社会效益。压电材料的发现，使路面内行车荷载在路面内产生的机械能的收集成为可能。目前，国内外已针对路面内机械能量的收集已经取得了一些突破性的研究成果，2006年至2009年期间，日本旅客铁道株式会社在东京火车站进行过三次"发电地板"试验，实现了乘客通过自动检票口吋产生可使100W的灯泡发光0.1s的电力；以色列理工学院的的Haim Abramovic等人在普通路面埋入了入大量的压电晶体，当汽车碾压时，所产生的机械能就会被转换为电能用来发电；同济大学赵鸿铎等在室内进行了钹式压电换能器的发电试验，表明在0.7MPa20Hz的荷载作用下，可产生超过250V的电压，能够稳定点亮8个LED灯；2010年上海世博会上，日本馆展示了压电发电地板，参观者轻轻几步就可将电灯点亮。综上所述，国内外对于发电路面系统的应用实例较少，发电路面系统的设计、应用、优化等技术仍处於起步阶段。

现有关于路面机械能收集的主要形式是在沥青混凝土内设置压电能量换能器，压电换能器的结构主要围绕Multilayer、Cymbal、Moonie、Bridge、THUNDER、MFC、和Bimorph等。在道路修筑时，把这些压电换能器直接用于路面内，将很大程度的干扰施工的流畅性，严重的影响机械化施工的开展；若把这些压电换能器以开挖的形式埋入路面内部，将对路面造成不同程度的损害，影响道路的使用寿命。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种沥青混凝土发电路面结构，利用电极棒良好的导电性能将压电沥青混凝土中的电荷引导到电能收集器中，满足发电路面内部能量收集问题。

为了实现上述任务，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种沥青混凝土发电路面结构，包括基础沥青混凝土层和基础沥青混凝土层上面的表面沥青混凝土层，在基础沥青混凝土层和表面沥青混凝土层之间设置有压电沥青混凝土层，在压电沥青混凝土层内的两条轮迹分布带上各自嵌入有电流采集端；

所述的电流采集端包括两条平行导线，两条平行导线之间分布有多个棒状电极，每个棒状电极只与两条平行导线中的一条导线相连，相邻棒状电极交替连接在两条平行导线上；

电流采集端的两条平行导线与整流电路相连，整流电路通过直流换能器与蓄电池相连。

本实用新型还具有如下技术特征：

所述的相邻棒状电极之间的距离为10cm。

所述的基础沥青混凝土层、压电沥青混凝土层和表面沥青混凝土层之间的厚度比例为6：2.5：4。

本实用新型与现有技术相比，具有如下技术效果：

本实用新型使用方便，充分利用了压电沥青混凝土层的压电性能，不需要制作压电片和发电线圈，结构简单，充分考虑了压电沥青混凝土层和棒状电极的协调性，能够很好的收集压电材料在行车荷载作用下的电能；；充分协调电荷收集棒状电极在路面中位置，保证路面良好的路用性能；发电性能好，能够解决高速公路收费站的照明问题，以及特殊路段、事故多发路段的警示问题。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图中各个标号的含义为：1-基础沥青混凝土层，2-表面沥青混凝土层，3-压电沥青混凝土层，4-电流采集端，5-导线，6-棒状电极，7-整流电路，8-直流换能器，9-蓄电池。

以下结合附图和实施例对本实用新型的具体内容作进一步详细地说明。

具体实施方式

以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

遵从上述技术方案，如图1所示，本实施例给出一种沥青混凝土发电路面结构，包括基础沥青混凝土层1和基础沥青混凝土层1上面的表面沥青混凝土层2，在基础沥青混凝土层1和表面沥青混凝土层2之间设置有压电沥青混凝土层3，在压电沥青混凝土层3内的两条轮迹分布带上各自嵌入有电流采集端4；

所述的电流采集端4包括两条平行导线5，两条平行导线5之间分布有多个棒状电极6，每个棒状电极6只与两条平行导线5中的一条导线5相连，相邻棒状电极6交替连接在两条平行导线5上；

电流采集端4的两条平行导线5与整流电路7相连，整流电路7通过直流换能器8与蓄电池9相连。

相邻棒状电极6之间的距离为10cm。棒状电极6的间距是影响电能收集的重要因素之一，棒状电极间距太小会导致压电沥青混凝土被过分的分割成柱状的基体从而使路面的耐久性下降，间距太大则电能收集效率会下降，不利于电能的收集。

基础沥青混凝土层1、压电沥青混凝土层3和表面沥青混凝土层2之间的厚度比例为6：2.5：4。优选的一组厚度尺寸为6cm，2.5cm，4cm，也可以为9cm，3.75cm，4cm。

基础沥青混凝土层1和表面沥青混凝土层2的材料组成均为道路领域常规配方的沥青混凝土，基础沥青混凝土层1即本领域通常说的下面层，表面沥青混凝土层2即本领域通常说的上面层。基础沥青混凝土层1的材料组成采用长安大学硕士学位论文《SBS掺量对改性沥青混合料路用性能的影响》17页中公开的级配与沥青用量。表面沥青混凝土层2的材料组成采用长安大学硕士学位论文《SBS掺量对改性沥青混合料路用性能的影响》17页中公开的级配与沥青用量。

压电沥青混凝土层3的材料组成采用中国发明专利“一种压电陶瓷-沥青复合压电材料”（公布号：CN103011695A）中公开的复合压电材料。

整流电路7为常规的整流电路，直流换能器8也为本领域常规直流换能器。

轮迹分布带指的是路面上车轮通过时车轮能够碾压的位置，在本领域中，一个路面上的轮迹分布带有两条，两条轮迹分布带之间的距离为150～200cm，每条轮迹分布带的宽度为30cm。

需要说明的是：下述内容中的多个电极6在本方案中指的是直径为2cm，长度为15cm的石墨电极。

本实用新型应用方法和工作原理如下所述：

（Ⅰ）进行路面的基础沥青混凝土层1的铺筑，基础沥青混凝土层1要确保平整。

（Ⅱ）布设棒状电极6，棒状电极6按间隔式分头由两根导线5分别连接到的整流电路7，为防止电极6在施工时移动，用强力胶黏贴到基础沥青混凝土层1的表面上，然后浇筑压电沥青混凝土层3，铺设时，摊铺车不能直接碾压到棒状电极6和导线5。

（Ⅲ）表面沥青混凝土层2铺筑，表面沥青混凝土层2碾压成型。

（Ⅳ）采用直流电（1000V）对发电路面进行极化处理，直到路面温度降低到与周围环境温度一致。

在路面开放交通后，行车荷载对轮迹分布带上的表面沥青混凝土层2进行碾压，行车荷载经表面沥青混凝土层2传递到压电沥青混凝土层3，压电沥青混凝土层3的压电材料在应力的作用下下发生极化产生电荷，采用d31型压电体电能收集的方法对压电沥青混凝土中的电荷进行收集，d31是压电应变常数，第一个下标表示的是所产生的电位移方向，第二个下标则表示所受应力的方向。故在行车荷载垂直于路面作用于压电沥青混凝土层时，压电沥青混凝土层3的电位移方向垂直于受力方向，即电荷沿路面平面方向移动到电极棒，从而被收集。

Claims (3)

1.一种沥青混凝土发电路面结构，包括基础沥青混凝土层（1）和基础沥青混凝土层（1）上面的表面沥青混凝土层（2），其特征在于，在基础沥青混凝土层（1）和表面沥青混凝土层（2）之间设置有压电沥青混凝土层（3），在压电沥青混凝土层（3）内的两条轮迹分布带上各自嵌入有电流采集端（4）；

所述的电流采集端（4）包括两条平行导线（5），两条平行导线（5）之间分布有多个棒状电极（6），每个棒状电极（6）只与两条平行导线（5）中的一条导线（5）相连，相邻棒状电极（6）交替连接在两条平行导线（5）上；

电流采集端（4）的两条平行导线（5）与整流电路（7）相连，整流电路（7）通过直流换能器（8）与蓄电池（9）相连。

2.如权利要求1所述的沥青混凝土发电路面结构，其特征在于，所述的相邻棒状电极（6）之间的距离为10cm。

3.如权利要求1所述的沥青混凝土发电路面结构，其特征在于，所述的基础沥青混凝土层（1）、压电沥青混凝土层（3）和表面沥青混凝土层（2）之间的厚度比例为6：2.5：4。