一種瀝青混凝土發電路面結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種瀝青混凝土發電路面結構，包括基礎瀝青混凝土層和基礎瀝青混凝土層上面的表面瀝青混凝土層，在基礎瀝青混凝土層和表面瀝青混凝土層之間設置有壓電瀝青混凝土層，在壓電瀝青混凝土層內的兩條輪跡分布帶上各自嵌入有電流采集端；所述的電流采集端包括兩條平行導線，兩條平行導線之間分布有多個棒狀電極，每個棒狀電極只與兩條平行導線中的一條導線相連，相鄰棒狀電極交替連接在兩條平行導線上；電流采集端的兩條平行導線與整流電路相連，整流電路通過直流換能器與蓄電池相連。充分利用了發電瀝青混凝土的壓電性能產生電能，充分考慮了發電瀝青混凝土和棒狀電極的協調性，能夠很好的收集壓電材料在行車荷載作用下的電能。
【專利說明】一種瀝青混凝土發電路面結構
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于道路工程領域，涉及浙青混凝土，具體涉及一種浙青混凝土發電路面結構。
【背景技術】
[0002]隨著我國道路系統建設日益完善，新型能源儉約型道路的研究開發將逐漸嶄露頭角。上個世紀末期，許多材料研究者發現了壓電材料，對壓電材料給與一定的應力，材料將產生電能。道路工程從開放交通到完全破壞，路面將承受幾十萬次甚至幾百萬次的車輛荷載，若將此機械能通過壓電材料轉化為電能，將對帶來無限的經濟與社會效益。
[0003]道路工程中，路面從開放交通到壽命終期，將承受幾十萬次甚至幾百萬次的行車荷載，路面內將產生不可預估的機械能。若將行車荷載在路面內產生的機械能有效的收集，將極大的帶動全球生態型道路的發展，帶來巨大的經濟與社會效益。壓電材料的發現，使路面內行車荷載在路面內產生的機械能的收集成為可能。目前，國內外已針對路面內機械能量的收集已經取得了一些突破性的研究成果，2006年至2009年期間，日本旅客鐵道株式會社在東京火車站進行過三次〃發電地板〃試驗，實現了乘客通過自動檢票口吋產生可使IOOff的燈泡發光0.1s的電力；以色列理工學院的的Haim Abramovic等人在普通路面埋入了入大量的壓電晶體，當汽車碾壓時，所產生的機械能就會被轉換為電能用來發電；同濟大學趙鴻鐸等在室內進行了鈸式壓電換能器的發電試驗，表明在0.7MPa20Hz的荷載作用下，可產生超過250V的電壓，能夠穩定點亮8個LED燈；2010年上海世博會上，日本館展示了壓電發電地板，參觀者輕輕幾步就可將電燈點亮。綜上所述，國內外對于發電路面系統的應用實例較少，發電路面系統的設計、應用、優化等技術仍處於起步階段。
[0004]現有關于路面機械能收集的主要形式是在浙青混凝土內設置壓電能量換能器，壓電換能器的結構主要圍繞 Multilayer、Cymbal、Moonie、Bridge、THUNDER、MFC、和 Bimorph等。在道路修筑時，把這些壓電換能器直接用于路面內，將很大程度的干擾施工的流暢性，嚴重的影響機械化施工的開展；若把這些壓電換能器以開挖的形式埋入路面內部，將對路面造成不同程度的損害，影響道路的使用壽命。
【發明內容】
[0005]針對現有技術存在的不足，本實用新型的目的在于，提供一種浙青混凝土發電路面結構，利用電極棒良好的導電性能將壓電浙青混凝土中的電荷弓I導到電能收集器中，滿足發電路面內部能量收集問題。
[0006]為了實現上述任務，本實用新型采用如下技術方案予以實現:
[0007]一種浙青混凝土發電路面結構，包括基礎浙青混凝土層和基礎浙青混凝土層上面的表面浙青混凝土層，在基礎浙青混凝土層和表面浙青混凝土層之間設置有壓電浙青混凝土層，在壓電浙青混凝土層內的兩條輪跡分布帶上各自嵌入有電流采集端；
[0008]所述的電流采集端包括兩條平行導線，兩條平行導線之間分布有多個棒狀電極，每個棒狀電極只與兩條平行導線中的一條導線相連，相鄰棒狀電極交替連接在兩條平行導線上；
[0009]電流采集端的兩條平行導線與整流電路相連，整流電路通過直流換能器與蓄電池相連。
[0010]本實用新型還具有如下技術特征:
[0011]所述的相鄰棒狀電極之間的距離為10cm。
[0012]所述的基礎浙青混凝土層、壓電浙青混凝土層和表面浙青混凝土層之間的厚度比例為 6:2.5:4。
[0013]本實用新型與現有技術相比，具有如下技術效果:
[0014]本實用新型使用方便，充分利用了壓電浙青混凝土層的壓電性能，不需要制作壓電片和發電線圈，結構簡單，充分考慮了壓電浙青混凝土層和棒狀電極的協調性，能夠很好的收集壓電材料在行車荷載作用下的電能；；充分協調電荷收集棒狀電極在路面中位置，保證路面良好的路用性能；發電性能好，能夠解決高速公路收費站的照明問題，以及特殊路段、事故多發路段的警示問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型的整體結構示意圖。
[0016]圖中各個標號的含義為:1-基礎浙青混凝土層，2-表面浙青混凝土層，3-壓電浙青混凝土層，4-電流采集端，5-導線，6-棒狀電極，7-整流電路，8-直流換能器，9-蓄電池。
[0017]以下結合附圖和實施例對本實用新型的具體內容作進一步詳細地說明。
【具體實施方式】
[0018]以下給出本實用新型的具體實施例，需要說明的是本實用新型并不局限于以下具體實施例，凡在本申請技術方案基礎上做的等同變換均落入本實用新型的保護范圍。
[0019]遵從上述技術方案，如圖1所示，本實施例給出一種浙青混凝土發電路面結構，包括基礎浙青混凝土層I和基礎浙青混凝土層I上面的表面浙青混凝土層2，在基礎浙青混凝土層I和表面浙青混凝土層2之間設置有壓電浙青混凝土層3，在壓電浙青混凝土層3內的兩條輪跡分布帶上各自嵌入有電流采集端4 ；
[0020]所述的電流采集端4包括兩條平行導線5，兩條平行導線5之間分布有多個棒狀電極6，每個棒狀電極6只與兩條平行導線5中的一條導線5相連，相鄰棒狀電極6交替連接在兩條平行導線5上；
[0021]電流采集端4的兩條平行導線5與整流電路7相連，整流電路7通過直流換能器8與蓄電池9相連。
[0022]相鄰棒狀電極6之間的距離為10cm。棒狀電極6的間距是影響電能收集的重要因素之一，棒狀電極間距太小會導致壓電浙青混凝土被過分的分割成柱狀的基體從而使路面的耐久性下降，間距太大則電能收集效率會下降，不利于電能的收集。
[0023]基礎浙青混凝土層1、壓電浙青混凝土層3和表面浙青混凝土層2之間的厚度比例為6:2.5:4。優選的一組厚度尺寸為6cm, 2.5cm, 4cm,也可以為9cm, 3.75cm, 4cm。
[0024]基礎浙青混凝土層I和表面浙青混凝土層2的材料組成均為道路領域常規配方的浙青混凝土，基礎浙青混凝土層I即本領域通常說的下面層，表面浙青混凝土層2即本領域通常說的上面層。基礎浙青混凝土層I的材料組成采用長安大學碩士學位論文《SBS摻量對改性浙青混合料路用性能的影響》17頁中公開的級配與浙青用量。表面浙青混凝土層2的材料組成采用長安大學碩士學位論文《SBS摻量對改性浙青混合料路用性能的影響》17頁中公開的級配與浙青用量。
[0025]壓電浙青混凝土層3的材料組成采用中國發明專利“一種壓電陶瓷-浙青復合壓電材料”(公布號:CN103011695A)中公開的復合壓電材料。
[0026]整流電路7為常規的整流電路，直流換能器8也為本領域常規直流換能器。
[0027]輪跡分布帶指的是路面上車輪通過時車輪能夠碾壓的位置，在本領域中，一個路面上的輪跡分布帶有兩條，兩條輪跡分布帶之間的距離為150?200cm，每條輪跡分布帶的寬度為30cm。
[0028]需要說明的是:下述內容中的多個電極6在本方案中指的是直徑為2cm，長度為15cm的石墨電極。
[0029]本實用新型應用方法和工作原理如下所述:
[0030]( I )進行路面的基礎浙青混凝土層I的鋪筑，基礎浙青混凝土層I要確保平整。
[0031](II)布設棒狀電極6，棒狀電極6按間隔式分頭由兩根導線5分別連接到的整流電路7，為防止電極6在施工時移動，用強力膠黏貼到基礎浙青混凝土層I的表面上，然后澆筑壓電浙青混凝土層3，鋪設時，攤鋪車不能直接碾壓到棒狀電極6和導線5。
[0032](III)表面浙青混凝土層2鋪筑，表面浙青混凝土層2碾壓成型。
[0033](IV)采用直流電(1000V)對發電路面進行極化處理，直到路面溫度降低到與周圍環境溫度一致。
[0034]在路面開放交通后，行車荷載對輪跡分布帶上的表面浙青混凝土層2進行碾壓，行車荷載經表面浙青混凝土層2傳遞到壓電浙青混凝土層3，壓電浙青混凝土層3的壓電材料在應力的作用下下發生極化產生電荷，采用d31型壓電體電能收集的方法對壓電浙青混凝土中的電荷進行收集，d31是壓電應變常數，第一個下標表示的是所產生的電位移方向，第二個下標則表示所受應力的方向。故在行車荷載垂直于路面作用于壓電浙青混凝土層時，壓電浙青混凝土層3的電位移方向垂直于受力方向，即電荷沿路面平面方向移動到電極棒，從而被收集。
【權利要求】
1.一種浙青混凝土發電路面結構，包括基礎浙青混凝土層(I)和基礎浙青混凝土層(I)上面的表面浙青混凝土層(2)，其特征在于，在基礎浙青混凝土層(I)和表面浙青混凝土層(2)之間設置有壓電浙青混凝土層(3)，在壓電浙青混凝土層(3)內的兩條輪跡分布帶上各自嵌入有電流采集端(4);所述的電流采集端(4)包括兩條平行導線(5)，兩條平行導線(5)之間分布有多個棒狀電極(6)，每個棒狀電極(6)只與兩條平行導線(5)中的一條導線(5)相連，相鄰棒狀電極(6)交替連接在兩條平行導線(5)上； 電流采集端(4)的兩條平行導線(5)與整流電路(7)相連，整流電路(7)通過直流換能器(8)與蓄電池(9)相連。
2.如權利要求1所述的浙青混凝土發電路面結構，其特征在于，所述的相鄰棒狀電極(6)之間的距離為10cm。
3.如權利要求1所述的浙青混凝土發電路面結構，其特征在于，所述的基礎浙青混凝土層(I)、壓電浙青混凝土層(3)和表面浙青混凝土層(2)之間的厚度比例為6:2.5:4。
【文檔編號】H02J7/00GK203593926SQ201320806952
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年12月9日 優先權日:2013年12月9日
【發明者】王朝輝, 劉志勝, 李彥偉, 蔣婷婷, 虎嘯 申請人:長安大學