JP2009079423A - Concrete self-heating system using electroconductive concrete - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コンクリート自己発熱システムに関し、より具体的には、道路上の氷及び雪を溶かすためのコンクリート自己発熱システムに関する。 The present invention relates to a concrete self-heating system, and more particularly to a concrete self-heating system for melting ice and snow on a road.
コンクリートは、高い圧縮強度といった、構造において利用される優れた力学的性質を有し、そこで、道及び道路建設、滑走路建設等の世界において広く使われている。しかしながら、コンクリートは、低い引張強度を有しているため、橋、陸橋、多層階駐車場等の建築のための棒鋼を使用して、しばしば補強される。 Concrete has excellent mechanical properties used in structures, such as high compressive strength, and is therefore widely used in the world such as road and road construction, runway construction. However, since concrete has low tensile strength, it is often reinforced using steel bars for construction such as bridges, overpasses, multi-storey parking lots and the like.
大規模な研究及び調査によれば、交通安全は、特に冬において、気候に影響される、路面に依存している。冬又は任意の他の寒波において、路面は、摩擦（トラクション）の高い危険な損失をもたらす雪及び氷を蓄積する。それ故、車両はこのような路面ではゆっくりと移動し、そしてわずかなドライバーのエラーが、おそらく道路閉鎖を生じる、多数の事故をもたらしうる。このことは、これらの問題の複合物の離陸及び着陸のために高速を必要とする、空港にも当てはまる。過密及び閉鎖は、特に輸送に依存するビジネス、経済に非常に悪影響を与える。 According to extensive research and surveys, road safety depends on the road surface, which is affected by the climate, especially in winter. In winter or any other cold wave, the road surface accumulates snow and ice resulting in a dangerous loss of friction (traction). Therefore, the vehicle moves slowly on such roads, and slight driver errors can lead to numerous accidents, possibly resulting in road closures. This is also true for airports that require high speeds for takeoff and landing of these problematic complexes. Overcrowding and closure has a very negative impact on businesses and economies that depend on transportation in particular.
それ故、雪及び氷を効率的に除去することは、非常に重要である。 Therefore, it is very important to remove snow and ice efficiently.
図１を参照すると、機械的作業及び溶融作業に区分されうる、雪及び氷を除去するための多数の方法が存在している。機械的作業は、手で又は機械でなされうる。溶融作業は、化学的手段又は放射手段によって達成されうる。 Referring to FIG. 1, there are a number of methods for removing snow and ice that can be divided into mechanical and melting operations. The mechanical work can be done by hand or machine. The melting operation can be accomplished by chemical or radiation means.
除去作業は、手で氷及び雪をシャベルでかくことを含む。しかしながら、この動きは、大きな労働力を要し、交通を遅らせて、そして、氷を除去するために有効ではなく、そこで、小さい領域において又は機械が適用されえない領域において適用されるだけである。 The removal operation involves manually shoveling ice and snow. However, this movement is labor intensive, slows traffic and is not effective for removing ice, where it only applies in small areas or where machines cannot be applied. .
機械を使用する機械的作業は、氷又は雪を能率的に除去するための除雪車又は類似の除雪設備の使用を含む。この除雪設備は、大規模な領域に亘って氷及び集積された雪を掃除するのに好適である。これは、深雪が存在しているときに有用であるが、氷を十分に除去せず、そこで、路面に対する更なる処理が依然として必要とされうる。 Mechanical work using the machine includes the use of a snowplow or similar snow removal equipment to efficiently remove ice or snow. This snow removal facility is suitable for cleaning ice and accumulated snow over a large area. This is useful when deep snow is present, but does not remove the ice sufficiently, so further processing on the road surface may still be required.
化学的手段による融解は、水の溶融点を低下させるために、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）等といった化学薬品を、道路上に添加して、氷及び雪を溶融することを含む。この作業は、氷に対して非常に有効であり、安く簡易であるので、世界的に頻繁に使用されている。しかしながら、この化学薬品は、環境を汚染して、コンクリートを補強するために使用される鋼棒を錆の進行によって損傷させる。長期間に亘って化学的手段を使用している米国、英国、カナダ、日本等といった多くの産業国は、このような損傷を修復するために高い費用に直面している。１９９８年において、アメリカは、６０万の鉄筋コンクリート橋を修復するために約２０００億ドルを充てた。この形態を別の観点で視ると、橋の修復は、本来の建設の少なくとも４倍のコストで推定される。例えば、１９７２年に設立された２０キロメートル高速の１１の橋は、後に、鋼棒に沿って長手方向に破損した。２００４年において、推定される橋の修繕費用は、本来の建設コストの６倍以上であった。放射手段による溶融作業により、地球放射、加熱ワイヤ、温液、又は遠赤外線から熱を得ることができる。しかしながら、この放射手段は、氷及び雪を効率的に溶かすことができず、橋の道路の構造を強化することができず、そして、コスト高である。 Melting by chemical means is to add chemicals such as sodium chloride (NaCl), calcium chloride (CaCl 2 ), etc. on the road in order to lower the melting point of water to melt ice and snow. Including. This operation is very effective for ice, is cheap and simple, and is frequently used worldwide. However, this chemical pollutes the environment and damages the steel rod used to reinforce the concrete due to the progress of rust. Many industrial countries, such as the United States, the United Kingdom, Canada, Japan, etc., who have used chemical means for a long time, are facing high costs to repair such damage. In 1998, the United States spent approximately $ 200 billion on repairing 600,000 reinforced concrete bridges. Looking at this form from another perspective, the restoration of the bridge is estimated at a cost at least four times that of the original construction. For example, eleven 20-kilometer high-speed bridges established in 1972 later broke longitudinally along steel bars. In 2004, estimated bridge repair costs were more than six times the original construction costs. Heat can be obtained from earth radiation, a heating wire, a hot liquid, or far-infrared radiation by a melting operation by radiating means. However, this radiation means cannot efficiently melt ice and snow, cannot strengthen the structure of the bridge road, and is costly.
各々の前述の方法は、その不利な点を有している。この不利益を克服するために、本発明は、上述した不利益を緩和又は除去するための電気伝導コンクリートを備える、コンクリート自己発熱システムを提供する。 Each of the aforementioned methods has its disadvantages. In order to overcome this disadvantage, the present invention provides a concrete self-heating system comprising electrically conductive concrete to mitigate or eliminate the aforementioned disadvantages.
本発明の主な目的は、路面上の氷及び雪を溶かすために、電気伝導コンクリートを備える、コンクリート自己発熱システムを提供することである。 The main object of the present invention is to provide a concrete self-heating system comprising electrically conductive concrete to melt ice and snow on the road surface.
この目的を達成するために、本発明に従うコンクリート自己発熱システムは、表層を有する少なくとも１つのコンクリートスラブを有する。この表層は、電気伝導コンクリートで作製され、２つの電極を有する。これらの電極は、前記表層を通じて電気を供給するように、前記表層中に搭載される。そして、各電極は、２つのプレート及び多くのブリッジを有する。これらのプレートは、電気伝導性のものであり、平行に搭載される。これらのブリッジは、多数のホールを形成するために、２つのプレート間に搭載されて、２つのプレートを接続する。各ホールは、隣接するブリッジ間に形成されて、セットされていない電気伝導コンクリートがホールを通過して、電極をしっかりと保持するようにセットすることを、可能にする。コンクリート自己発熱システムは、道路、橋、滑走路、高速道路等に損傷を与えることなく、氷及び雪を早やかにそして効率的に溶かすことができる。そこで、このような道路は、長い寿命を有するであろう。 To achieve this object, the concrete self-heating system according to the invention has at least one concrete slab having a surface layer. This surface layer is made of electrically conductive concrete and has two electrodes. These electrodes are mounted in the surface layer so as to supply electricity through the surface layer. Each electrode has two plates and many bridges. These plates are electrically conductive and are mounted in parallel. These bridges are mounted between the two plates to connect the two plates to form multiple holes. Each hole is formed between adjacent bridges to allow unset electrically conductive concrete to pass through the hole and set to hold the electrode firmly. Concrete self-heating systems can quickly and efficiently melt ice and snow without damaging roads, bridges, runways, highways and the like. Thus, such a road will have a long life.
図２、図３、図９及び図１０を参照すると、本発明に従うコンクリート自己発熱システムは、（道路、高速道路、橋等といった）車道（２０）を敷設するために使用され、土台（３２、４２）に適用してこれを覆っている。このコンクリート自己発熱システムは、少なくとも１つの電気伝導コンクリートスラブ（２２）を有する。各コンクリートスラブ（２２）は、表層（３４、４４）、電源（３８、４６）、２つのコネクタ（２８、３０）、コントロールシステム、土台（３２、４２）、及び断熱層（３６）を有する。 Referring to FIGS. 2, 3, 9 and 10, the concrete self-heating system according to the present invention is used for laying a roadway (20) (such as a road, a highway, a bridge, etc.) and a base (32, 42) to cover this. The concrete self-heating system has at least one electrically conductive concrete slab (22). Each concrete slab (22) has a surface layer (34, 44), a power source (38, 46), two connectors (28, 30), a control system, a foundation (32, 42), and a thermal insulation layer (36).
表層（３４、４４）は、電気伝導コンクリートで作製され、厚さ、少なくとも２つの端部、上面（４０、４５）及び２つの電極（２４、２６）を有する。 The surface layers (34, 44) are made of electrically conductive concrete and have a thickness, at least two ends, a top surface (40, 45) and two electrodes (24, 26).
電気伝導コンクリートは、約５から約１０Ω・ｍである一定の抵抗率（ρ）と、３１から６２Ｍｐａ（４５００から９０００ｐｓｉ）である機械的強度を有する。電気伝導コンクリートは、セメント、骨材、水、電気伝導材料及び添加物を備える。 Electrically conductive concrete has a constant resistivity (ρ) of about 5 to about 10 Ω · m and a mechanical strength of 31 to 62 Mpa (4500 to 9000 psi). Electrically conductive concrete comprises cement, aggregate, water, electrically conductive material and additives.
セメントは、第１型又は第３型であり、ある濃度を有している。セメントの濃度は、電気伝導コンクリートの１２から１６容量％である。好適な濃度は、１４から１６容量％である。最も好適な濃度は、１５容量％である。 The cement is a first type or a third type and has a certain concentration. The concentration of the cement is 12 to 16% by volume of the electrically conductive concrete. A preferred concentration is 14 to 16% by volume. The most preferred concentration is 15% by volume.
骨材は、粗骨材及び細骨材を備える。粗骨材は、ある濃度を有する。粗骨材の濃度は、電気伝導コンクリートの１０から２５容量％である。好適な粗骨材の濃度は、１７から２０容量％である。最も好適な粗骨材の濃度は、２０容量％である。細骨材は、砂及び砂利を備え、好適にはネブラスカ州道路局（ＮＤＯＲ）４７Ｂの骨材コンクリートの同程度のものである。細骨材は、ある濃度を有する。細骨材は、電気伝導性を有してもよく、鉄及び銅材料の削りくず、電気伝導薬品等を備える。細骨材の濃度は、電気伝導コンクリートの１０から２５容量％である。細骨材の好適な濃度は、１３から１８容量％である。細骨材の最も好適な濃度は、１８容量％である。 The aggregate includes coarse aggregate and fine aggregate. Coarse aggregate has a certain concentration. The concentration of the coarse aggregate is 10 to 25% by volume of the electrically conductive concrete. A suitable coarse aggregate concentration is 17 to 20% by volume. The most preferred coarse aggregate concentration is 20% by volume. The fine aggregate comprises sand and gravel and is preferably comparable to the aggregate concrete of Nebraska Highway Authority (NDOR) 47B. Fine aggregate has a certain concentration. The fine aggregate may have electrical conductivity, and includes iron and copper material shavings, electrical conductive chemicals, and the like. The fine aggregate concentration is 10 to 25% by volume of the electrically conductive concrete. A suitable concentration of fine aggregate is 13 to 18% by volume. The most preferred concentration of fine aggregate is 18% by volume.
水は、セメントの重量の０．３から０．４倍である。 Water is 0.3 to 0.4 times the weight of the cement.
図５を更に参照すると、電気伝導コンクリートは、約５から約１０オームメートル（Ω・ｍ）である一定の抵抗率（ρ）と、機械的強度を有する。電気伝導材料は、電気伝導コンクリートの６から４３容量％であり、金属繊維及び電気伝導粒子を備える。 With further reference to FIG. 5, electrically conductive concrete has a constant resistivity (ρ) that is about 5 to about 10 ohm meters (Ω · m) and mechanical strength. The electrically conductive material is 6 to 43% by volume of electrically conductive concrete and comprises metal fibers and electrically conductive particles.
金属繊維は、波形の鋼ワイヤであってもよく、ある濃度を有し、Fibercon International及びNavoconのような会社から得られるものであってもよい。金属繊維の好適な形状は、長方形である。金属繊維の濃度は、電気伝導材料の１から３容量％である。好適な濃度は、１から２容量％である。金属繊維の最も好適な濃度は、１．５容量％である。好適な金属繊維は、鋼を備え、１８から５３％容量の炭素を含む低炭素鋼であってもよい。各金属繊維は、表面を有する。各金属繊維の表面は、平坦、波形、又は不規則であってもよい。この表面が波形、鋸波状又は不規則である場合、金属繊維は、セメントに強く結合される。 The metal fibers may be corrugated steel wire, have a certain concentration, and may be obtained from companies such as Fibercon International and Navocon. The preferred shape of the metal fiber is a rectangle. The concentration of the metal fiber is 1 to 3% by volume of the electrically conductive material. A preferred concentration is 1 to 2% by volume. The most preferred concentration of metal fibers is 1.5% by volume. Suitable metal fibers may be low carbon steel comprising steel and containing 18 to 53% capacity carbon. Each metal fiber has a surface. The surface of each metal fiber may be flat, corrugated, or irregular. If this surface is corrugated, sawtooth or irregular, the metal fibers are strongly bonded to the cement.
金属粒子は、電気伝導コンクリートの５から４０容量％の濃度を有する。好適な濃度は、１０から３０容量％である。最も好適な実施の形態において、金属粒子は、費用を節約するために鋼の削りくずを備えている。この鋼の削りくずは、鋼作製機からの廃棄物であるので、鋼の削りくずにおける油脂、汚れ及び塵は、鋼の削りくずがセメントと根号されて鋼の削りくずの電気伝導及び機械的強度を保持するために、除去されなければならない。鋼の削りくずは、多数の粒子及び濃度を有する。これらの粒子は、ランダムな形状又は様々な粒度を有する。本発明の一実施の形態において、これらの粒子は、異なる比率の複数の範囲に分類される。ここで、４．７５ｍｍより大きい粒子は、全ての粒子の約１容量％を備える。約２．３６及び約４．７５ｍｍの間の粒子は、２０から２５容量％である。約１．１８及び約２．３６ｍｍの間の粒子は、４０から５０容量％である。約０．８５及び約１．１８ｍｍの間の粒子は、１０から２０容量％である。約１．１８ｍｍより小さい粒子は、全ての粒子における残っている１から１１容量％を構成している。 The metal particles have a concentration of 5 to 40% by volume of the electrically conductive concrete. A preferred concentration is 10 to 30% by volume. In the most preferred embodiment, the metal particles are provided with steel shavings to save costs. Since the steel shavings are waste from the steel making machine, the oil, dirt, and dust in the steel shavings are rooted in cement as the steel shavings are cemented and the electrical conduction and mechanical properties of the steel shavings. In order to retain strength, it must be removed. Steel shavings have a large number of particles and concentrations. These particles have a random shape or various particle sizes. In one embodiment of the invention, these particles are classified into a plurality of ranges with different ratios. Here, particles larger than 4.75 mm comprise about 1% by volume of all particles. Particles between about 2.36 and about 4.75 mm are 20-25% by volume. Particles between about 1.18 and about 2.36 mm are 40-50% by volume. Particles between about 0.85 and about 1.18 mm are 10 to 20% by volume. Particles smaller than about 1.18 mm make up the remaining 1 to 11 volume percent of all particles.
鋼の切りくずの好適な濃度は、電気伝導コンクリートの２０容量％である。電気伝導コンクリートの濃度が減少している場合、電気伝導の細骨材の濃度が増大しなければならない。 A suitable concentration of steel chips is 20% by volume of electrically conductive concrete. If the concentration of electrically conductive concrete is decreasing, the concentration of electrically conductive fine aggregate must be increased.
金属繊維及び金属粒子の全濃度が上述した濃度よりも低い場合、電気伝導コンクリートは、電流を効率的に流すための十分な電気伝導性を有さない。金属繊維及び金属粒子の全濃度が上述した濃度よりも高い場合、電気伝導コンクリートは、車、飛行機又は他の車両のタイヤを損傷しうる鋼棒を露出する粗面を有しうる。 When the total concentration of metal fibers and metal particles is lower than the above-described concentration, the electrically conductive concrete does not have sufficient electrical conductivity to allow current to flow efficiently. If the total concentration of metal fibers and metal particles is higher than those described above, the electrically conductive concrete may have a roughened surface that exposes a steel bar that can damage the tires of a car, airplane or other vehicle.
添加物は、細粒炭、シリカフューム、キレート剤、及び空気連行剤を備える。細粒炭は、ある濃度を有し、電気伝導コンクリートの２．５容量％の最も好適な濃度を有する。シリカフュームは、ある濃度を有し、電気伝導コンクリートの１容量％の最も好適な濃度を有する。キレート剤は、電気伝導コンクリートをより恒久的にして、減水剤又は広範囲減水剤（ＨＲＷＲ）を備える。キレート剤が減水剤であるとき、減水剤はセメント１００ポンド当たり４オンスである。キレート剤がＨＲＷＲ剤であるとき、ＨＲＷＲ剤はセメント１００ポンド当たり１６オンスである。空気連行剤及びキレート剤は、電気伝導コンクリートの単位体積当たり８％の最も好適な濃度を全体的に有する。 The additive comprises fine coal, silica fume, chelating agent, and air entraining agent. Fine coal has a certain concentration and has the most preferred concentration of 2.5% by volume of electrically conductive concrete. Silica fume has a certain concentration and has the most preferred concentration of 1% by volume of electrically conductive concrete. The chelating agent makes the electrically conductive concrete more permanent and comprises a water reducing agent or a wide range water reducing agent (HRWR). When the chelating agent is a water reducing agent, the water reducing agent is 4 ounces per 100 pounds of cement. When the chelating agent is an HRWR agent, the HRWR agent is 16 ounces per 100 pounds of cement. Air entraining agents and chelating agents generally have a most preferred concentration of 8% per unit volume of electrically conductive concrete.
図４を更に参照すると、電気伝導コンクリートを製造するための方法は、上述した材料を混合することによるものであり、そして、下記の４つのステップを備える。
（１）セメント、水、細粒炭、細骨材、及びキレート剤は、容器（４８）中で水と混合される。この容器（４８）は、混合コンクリートを使用する当業者によって公知である。好適な容器（４８）は、コンクリートミキサー車である。
（２）鋼の削りくずは、フィーダーといった第１タンク（５０）に運ばれる。粗骨材は、第２タンク（５２）に運ばれて、そして、シリカフュームは、第２タンク（５２）中の粗骨剤に添加される。この粗骨材／シリカフューム及び鋼の削りくずは、コンベヤー（５４）上に輸送される。
（３）鋼繊維（５６）は、粗骨材／シリカフューム及び鋼の削りくず上に、手で又は、粗骨材／シリカフューム及び鋼の削りくず上に均等に分布されるように、自動化手段で、散布される。
（４）上述の材料は、コンベヤー（５４）によって容器（４８）に運ばれて、電気伝導コンクリートを形成するためのアメリカコンクリート規格協会の建築コード要件ＡＣＩ５４４０に適合するように、十分に混合される。
With further reference to FIG. 4, the method for producing the electrically conductive concrete is by mixing the materials described above and comprises the following four steps.
(1) Cement, water, fine coal, fine aggregate, and chelating agent are mixed with water in the container (48). This container (48) is known by those skilled in the art using mixed concrete. A suitable container (48) is a concrete mixer truck.
(2) Steel shavings are transported to a first tank (50) such as a feeder. Coarse aggregate is carried to the second tank (52) and silica fume is added to the coarse aggregate in the second tank (52). The coarse aggregate / silica fume and steel shavings are transported onto a conveyor (54).
(3) The steel fibers (56) are automated by means such that the steel fibers (56) are evenly distributed on the coarse aggregate / silica fume and steel shavings by hand or even on the coarse aggregate / silica fume and steel shavings. Scatter.
(4) The above materials are transported to a container (48) by a conveyor (54) and mixed well to meet the American Concrete Standards Building Code requirements ACI5440 for forming electrically conductive concrete. .
そして、電気伝導コンクリートは、所望の形状に成形されうる。 The electrically conductive concrete can be formed into a desired shape.
表層（３４、４４）の厚さは、約５０．８ｍｍ及び約１０１．６ｍｍ（２から４インチ）の間である。 The thickness of the surface layers (34, 44) is between about 50.8 mm and about 101.6 mm (2 to 4 inches).
図６から図８を更に参照すると、電極（２４、２６）は、表層（３４、４４）中に間隔を開けて搭載され、好適には表層（３４、４４）の２つの対向する端部中にそれぞれ搭載される。これらの電極（２４、２６）は、アノード及びカソードを有する。１つのコンクリートスラブ（２２）のカソードは、隣接するコンクリートスラブ（２２）のアノードに隣接しうる。電極（２４、２６）間の間隔は、約１２２０及び１８３０ｍｍ（４から６フィート）の間である。 With further reference to FIGS. 6-8, the electrodes (24, 26) are mounted at spaced intervals in the surface layer (34, 44), preferably in the two opposite ends of the surface layer (34, 44). To be mounted on each. These electrodes (24, 26) have an anode and a cathode. The cathode of one concrete slab (22) may be adjacent to the anode of an adjacent concrete slab (22). The spacing between the electrodes (24, 26) is between about 1220 and 1830 mm (4 to 6 feet).
各電極（２４、２６）は、電気伝導性であり、金属で作製され、好適には鋼であり、そして、２つのプレート（７４、７６）及び複数のブリッジ（８０）を備える。これらのプレート（７４、７６）は平行に搭載されて、各プレート（７４、７６）はある幅及び外面を有する。好適には、プレート（７４、７６）の幅は、約１３ｍｍ（１インチの半分）である。プレート（７４、７６）の外面は、平面であってもよく、そして、好適には、電極（２４、２６）を表層（３４、４４）中にしっかりと搭載できるような、波形又は他の不規則な表面である。これらのブリッジ（８０）は、複数のホール（７８）を形成するために、２つのプレート（７４、７６）間に搭載されて、これらのプレートを接続して、２つのプレート（７４、７６）を一体的に接続してもよく、そして、ホール（７８）を介した複数を有していてもよい。隣接するブリッジ（８０）間の好適な距離は、４４．４５ｍｍ（１．７５インチ）である。各ホール（８２）は、隣接するブリッジ（８０）間に形成され、表層（３４、４４）が形成されるときに、セットされていない電気伝導コンクリートがホール（８２）を通過できるようにする。それ故、一旦セットされると、電極（２４、２６）は、表層（３４、４４）中に固着され、表層（３４、４４）に電気を効率的に伝導することができる。各スルーホール（７８）は、ブリッジ（８０）を通って規定され、ボルトをスルーホール（７８）中に螺着できる。そこで、電極（２４、２６）は、セットされていないコンクリートスラブ（２２）が乾燥されてボルトに固着される一方で、表層（３４、４４）中によりしっかりと搭載され、又は適所に保持されうる。 Each electrode (24, 26) is electrically conductive, made of metal, preferably steel, and comprises two plates (74, 76) and a plurality of bridges (80). These plates (74, 76) are mounted in parallel, and each plate (74, 76) has a width and an outer surface. Preferably, the width of the plates (74, 76) is about 13 mm (half an inch). The outer surface of the plates (74, 76) may be flat and preferably corrugated or other irregular so that the electrodes (24, 26) can be securely mounted in the surface layers (34, 44). A regular surface. These bridges (80) are mounted between two plates (74, 76) to form a plurality of holes (78) to connect the two plates (74, 76). May be connected together and may have a plurality via holes (78). A preferred distance between adjacent bridges (80) is 1.75 inches. Each hole (82) is formed between adjacent bridges (80) to allow unset conductive concrete to pass through the holes (82) when the surface layers (34, 44) are formed. Therefore, once set, the electrodes (24, 26) are secured in the surface layers (34, 44) and can efficiently conduct electricity to the surface layers (34, 44). Each through hole (78) is defined through a bridge (80) and a bolt can be screwed into the through hole (78). Thus, the electrodes (24, 26) can be more firmly mounted in the surface layer (34, 44) or held in place while the unset concrete slab (22) is dried and secured to the bolt. .
電源（３８、４６）は、路面における５００〜６００Ｗ／ｍ２の出力密度を電極（２４、２６）に供給するために、そして、雪及び氷の形成を防止又はこれらを溶融するために、表層（３４、４４）に熱を発生させて表層（３４、４４）の温度を０℃より高く上昇できるように、２つの電極（２４、２６）を接続する。電源（３８、４６）は、下記のシステムの１つでありうる。すなわち、直流（ＤＣ）システム、交流（ＡＣ）システム、光電池システム（ＰＶシステム）、ラジオ周波数（ＲＦ）／マイクロ波システム又は燃料電池システム、である。 The power supply (38, 46) is used to supply a power density of 500-600 W / m 2 on the road surface to the electrodes (24, 26) and to prevent or melt snow and ice formation. The two electrodes (24, 26) are connected so that heat can be generated at (34, 44) and the temperature of the surface layer (34, 44) can be raised above 0 ° C. The power supply (38, 46) can be one of the following systems. That is, a direct current (DC) system, an alternating current (AC) system, a photovoltaic cell system (PV system), a radio frequency (RF) / microwave system, or a fuel cell system.
ＡＣシステムは、ＡＣ／ＤＣ変換器を備えてもよく、そして、電源グリッド等に接続される。この電源グリッドは、変換器によって所望の電流及び電圧でＤＣに変換されうるＡＣを提供し、そして、好適な電源（３８、４６）である。何故なら、大部分の状況において得るのが容易でありそして便利だからである。 The AC system may include an AC / DC converter and is connected to a power grid or the like. This power grid provides AC that can be converted to DC at the desired current and voltage by the converter and is a suitable power source (38, 46). Because it is easy and convenient to get in most situations.
図１１を参照すると、ＰＶシステムは、太陽光のエネルギーを電気（ＤＣ）に変換し、単独型のＰＶシステムであってもよく、又は、格子接続されたＰＶシステムであってもよい。ＰＶシステムは、少なくとも１つのＰＶ電池（５８）、エネルギー貯蔵機器（６０）、任意的なインバータ（６２）、及び任意的な昇圧変換器（６４）を有する。各ＰＶ電池（５８）は、太陽光を電気（ＤＣ）に変換して、エネルギー貯蔵機器（６０）に電気的に接続される。エネルギー貯蔵機器（６０）は電気を貯蔵して、電極（２４、２６）及びインバータ（６２）に電気的に接続され、少なくとも１つのバッテリを備えうる。 Referring to FIG. 11, the PV system converts solar energy into electricity (DC) and may be a stand alone PV system or a grid-connected PV system. The PV system has at least one PV battery (58), an energy storage device (60), an optional inverter (62), and an optional boost converter (64). Each PV cell (58) converts sunlight into electricity (DC) and is electrically connected to the energy storage device (60). The energy storage device (60) stores electricity and is electrically connected to the electrodes (24, 26) and the inverter (62) and may comprise at least one battery.
インバータ（６２）は、エネルギー貯蔵機器（６０）及び電極（２４、２６）間に搭載され、そして、ＤＣをＡＣに変換する。昇圧変換器（６４）は、インバータ（６２）及び電極（２４、２６）間に搭載され、離れた電極（２４、２６）に電気を送信するためにＡＣの電圧を昇圧する。 The inverter (62) is mounted between the energy storage device (60) and the electrodes (24, 26) and converts DC to AC. The boost converter (64) is mounted between the inverter (62) and the electrodes (24, 26), and boosts the voltage of the AC to transmit electricity to the remote electrodes (24, 26).
ＲＦシステムは、ＲＦ共鳴システムになるために、氷及び雪を組み込み可能である。ＲＦシステムは、氷及び雪を溶かすために、熱を発生されて集中させる。燃料電池は、電気化学的エネルギー変換機器であり、燃焼することなく電気を直接生成するために燃料の電位差を利用する。燃料は、燃料ガス、石炭ガス、メタノール、及び排ガス、を含む供給源からの水素であってもよく、再充填可能である。これは、バッテリよりも有利である。何故なら、燃料レベルが容易にチェックでき、そして、燃料レベルが再充填を要求するときに、燃料は、バッテリを除去、置換、再充填する必要なしに、車に補給するように、電池に添加されるからである。加えて、燃料電池は、寒空でも効率的に作動するが、バッテリはそうとは限らない。コネクタ（２８、３０）は、電源（３８、４６）を電極（２４、２６）に接続する。 The RF system can incorporate ice and snow to become an RF resonant system. The RF system generates and concentrates heat to melt ice and snow. A fuel cell is an electrochemical energy conversion device that utilizes the potential difference of a fuel to directly generate electricity without burning. The fuel may be hydrogen from sources including fuel gas, coal gas, methanol, and exhaust gas, and is rechargeable. This is advantageous over a battery. Because the fuel level can be easily checked and when the fuel level requires refilling, the fuel can be added to the battery to replenish the car without having to remove, replace or refill the battery Because it is done. In addition, fuel cells operate efficiently even in cold weather, but batteries are not always so. Connectors (28, 30) connect the power sources (38, 46) to the electrodes (24, 26).
図１２を参照すると、コントロールシステムは、電源（３８、４６）が離れた区域に電気を供給するときに特に、電源（３８、４６）を制御するために使用される。そして、このコントロールシステムは、コントロールユニット（６８）、少なくとも１つの第１センサ（７０）及び少なくとも１つの第２センサ（７２）を有する。 Referring to FIG. 12, the control system is used to control the power source (38, 46), particularly when the power source (38, 46) supplies electricity to remote areas. The control system includes a control unit (68), at least one first sensor (70), and at least one second sensor (72).
コントロールユニット（６８）は、電源（３８、４６）に接続され、そして、コンクリートスラブ（２２）の温度を制御するために、電極（２４、２６）及び電源（３８、４６）間の回路を選択的に開閉する。コントロールユニット（６８）及び電源（３８、４６）を接続するための方法は、多岐に亘り、当業者に公知である。 The control unit (68) is connected to the power source (38, 46) and selects the circuit between the electrodes (24, 26) and the power source (38, 46) to control the temperature of the concrete slab (22). Open and close. Methods for connecting the control unit (68) and power supply (38, 46) are widely known to those skilled in the art.
第１センサ（７０）は、コンクリートスラブ（２２）及びコントロールユニット（６８）に接続して、表層（３４、４４）の上面（４０、４５）の温度を検出し、この温度をコントロールユニット（６８）に送信する。 The first sensor (70) is connected to the concrete slab (22) and the control unit (68), detects the temperature of the upper surface (40, 45) of the surface layer (34, 44), and this temperature is detected by the control unit (68). ).
第２センサ（７２）は、環境中の温度及び湿度を検出し、これらをコントロールユニット（６８）に送信する。 The second sensor (72) detects the temperature and humidity in the environment and transmits them to the control unit (68).
路面（２０）上に氷又は雪が形成され易い状態であることを第１及び第２センサ（７０、７２）が検出すると、コントロールユニット（６８）は、氷及び雪を溶解するために電源（３８、４６）を作動させて、電源（３８、４６）からの電流容量を調整する。氷又は雪の形成にもはや適さない状態、又は、コンクリートスラブ（２２）の上面（４０、４５）が所定の温度であるときに、コントロールユニット（６８）は電源（３８、４６）を停止させる。 When the first and second sensors (70, 72) detect that ice or snow is likely to be formed on the road surface (20), the control unit (68) uses a power supply (38) to melt the ice and snow. , 46) to adjust the current capacity from the power source (38, 46). The control unit (68) stops the power supply (38, 46) when it is no longer suitable for ice or snow formation, or when the top surface (40, 45) of the concrete slab (22) is at a predetermined temperature.
土台（３２、４２）は、既存の車道（２０）からのものであってもよく、表層（３４、４４）を土台（３２、４２）上に搭載することができ、そして、元の車道からの元の土台であってもよく又は新たな土台であってもよい。そして、これらの土台（３２、４２）は、表層土、砂利、コンクリート等であってもよく、複数の鋼棒によって強化されてもよく、そして、約１５２．４ｍｍ及び２０３．２ｍｍ（６から８インチ）の厚さのものであってもよい。 The base (32, 42) may be from the existing roadway (20), the surface layer (34, 44) can be mounted on the base (32, 42), and from the original roadway May be the original foundation or a new foundation. And these foundations (32, 42) may be surface soil, gravel, concrete, etc., may be reinforced by a plurality of steel rods, and about 152.4 mm and 203.2 mm (6 to 8) Inch) thick.
断熱層（３６）は、表層（４４）及び土台（３２、４２）間に搭載されている。断熱層（３６）は、５０−９９％容量のセメントモルタル及び１−５０％容量のおがくずで作製され、好適には、十分な断熱効果を提供してそしてコンクリートスラブ（２２）を強化するために、５０％容量のセメントモルタル及び５０％容量のおがくずで作製される。断熱層（３６）は、ある厚さを有する。断熱層（３６）の好適な厚さは、約１２．７ｍｍ（０．５インチ）である。 The heat insulation layer (36) is mounted between the surface layer (44) and the base (32, 42). The thermal insulation layer (36) is made of 50-99% volume cement mortar and 1-50% volume sawdust, preferably to provide sufficient thermal insulation and to reinforce the concrete slab (22) 50% volume cement mortar and 50% volume sawdust. The thermal insulation layer (36) has a certain thickness. A suitable thickness for the thermal insulation layer (36) is about 0.5 inches.
このコンクリート自己発熱システムは、車道（２０）に損害を与えずに、氷及び雪を迅速にそして効率的に溶かすことができ、そこで、道路、橋、滑走路、高速道路等は、長寿命を有する。更に、コンクリート自己発熱システムは、通常廃棄される副産物を製造すること、環境への汚染を抑制すること、を含む。 This concrete self-heating system can melt ice and snow quickly and efficiently without damaging the roadway (20), where roads, bridges, runways, highways, etc. have a long service life. Have. In addition, concrete self-heating systems include producing by-products that are normally discarded and controlling environmental pollution.
２０ 車道（ロードウェイ）
２２ コンクリートスラブ
２４、２６ 電極
２８、３０ コネクタ
３２、４２ 土台
３４、４４ 表層
３６ 断熱層
３８、４６ 電源
４０、４５ 上面
４８ 容器
５０ 第１タンク
５２ 第２タンク
５４ コンベヤー
５６ 鋼繊維
５８ ＰＶ電池
６０ エネルギー貯蔵機器
６２ インバータ
６４ 昇圧変換器
６８ コントロールユニット
７０ 第１センサ
７２ 第２センサ
７４、７６ プレート
７８ スルーホール
８０ ブリッジ
８２ ホール
20 Roadway
22
Claims (10)
少なくとも１つのコンクリートスラブを備え、そして、前記少なくとも１つのコンクリートスラブの各々は、電気伝導コンクリートで作製される表層を有し、前記表層を通して電気を供給するために前記表層中に形成される２つの電極を有し、
各電極は、
電気伝導性であって平行に搭載されている２つのプレート、
複数のホールを形成するために、前記２つのプレート間に搭載されて前記２つのプレートを接続する複数のブリッジ、を有し、
各ホールは、隣接するブリッジ間に形成され、セットされていない電気伝導コンクリートを前記ホールに通して、前記電極を固定して保持するようにセットすることを可能にする、コンクリート自己発熱システム。 A concrete self-heating system,
At least one concrete slab, and each of the at least one concrete slabs has a surface layer made of electrically conductive concrete, and two formed in the surface layer for supplying electricity through the surface layer Having electrodes,
Each electrode
Two plates that are electrically conductive and mounted in parallel,
A plurality of bridges mounted between the two plates to connect the two plates to form a plurality of holes;
A concrete self-heating system in which each hole is formed between adjacent bridges and allows unset electrical conducting concrete to pass through the hole and set to hold the electrode fixed.
前記電気伝導コンクリートの１２から１６容量％のセメント、
前記電気伝導コンクリートの１０から２５容量％の砂利、
前記セメントの０．３から０．４倍重量の水、
前記電気伝導コンクリートの６から４３容量％の電気伝導材料、を有する、請求項１に記載のコンクリート自己発熱システム。 The electrically conductive concrete is
12 to 16 volume percent cement of the electrically conductive concrete,
10-25% by volume gravel of the electrically conductive concrete,
Water 0.3 to 0.4 times the weight of the cement,
The concrete self-heating system according to claim 1, comprising 6 to 43% by volume of an electrically conductive material of the electrically conductive concrete.
前記電気伝導コンクリートの１から３容量％である金属繊維、
前記電気伝導コンクリートの５から４０容量％である金属粒子、を有する、請求項２に記載のコンクリート自己発熱システム。 The electrically conductive material is
Metal fibers which are 1 to 3% by volume of the electrically conductive concrete;
The concrete self-heating system according to claim 2, comprising metal particles that are 5 to 40% by volume of the electrically conductive concrete.
太陽光を直流で電気に変換するＰＶバッテリ、
少なくとも１つのバッテリを有し、電気を貯蔵して、電気をアノード電極に入力する、エネルギー貯蔵機器、を有する、請求項６に記載のコンクリート自己発熱システム。 The PV system is
PV battery that converts sunlight into electricity by direct current,
The concrete self-heating system according to claim 6, comprising an energy storage device having at least one battery, storing electricity and inputting electricity to the anode electrode.
前記エネルギー貯蔵機器及び前記電極間に搭載されて直流を交流に変換するインバータ、
前記インバータ及び前記電極間に搭載されて前記交流の電圧を上昇させる昇圧変換器、を更に有する、請求項７に記載のコンクリート自己発熱システム。 The PV system is
An inverter that is mounted between the energy storage device and the electrode and converts direct current to alternating current;
The concrete self-heating system according to claim 7, further comprising a step-up converter that is mounted between the inverter and the electrode to increase the AC voltage.
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