[發明專利]一種導熱型瀝青混凝土路面溫差發電系統

無效

• 申請號: 201310617087.2
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN103633882A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 朱順敏;汪岸;徐國;胡甫才;姚蒙;孫英強;廖鵬飛
• 申請（專利權）人: 朱順敏
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00;E01C11/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及自供能路面技術，特別是一種導熱型瀝青混凝土路面溫差發電系統。

背景技術

瀝青路面具有油耗低、噪音小、抗滑性好、車輛磨損小等優點，目前已在城市道路、高速公路、橋面鋪裝、機場跑道中得到廣泛應用。在世界各國已建公路中，瀝青路面占80%以上；截至2012年底，我國高速公路總里程已經超過了9.6萬公里，穩居世界第二位，其中85％以上的高速公路采用瀝青路面。

作為直接暴露在自然環境下的建筑結構，瀝青路面直接受到太陽輻射、氣溫、風力等自然因素的影響，會接受積蓄大量的路面熱能，由于為黑色路面，近似黑體，對太陽輻射的吸收能力極強，輻射吸收系數一般在0.8到0.95之間。尤其是在夏季高溫時節，路面吸熱快、溫升高，路表的溫度甚至高于環境溫度20-30℃，夏季炎熱地區瀝青路表溫度甚至可達到70℃。同時，瀝青混凝土導熱系數較小，內部積聚的大量熱量不易釋放，高溫持續時間較長。由于瀝青粘彈性體的特性，高溫對瀝青路面的機械性能極為不利，在車輛載荷作用下，高溫的瀝青混凝土極易發生粘性變形，出現車轍、波浪推移、粘輪等現象，導致路面損壞，這就會直接影響到路面的使用性能和耐久性。夜晚城市路面內部積蓄的熱量又緩慢釋放到大氣中，引起環境溫度的上升，該效應可加劇城市熱島效應。因此，路面高溫對瀝青路面的使用壽命和城市環境都具有負面影響。如何及時有效地轉移瀝青路面熱量、降低路面溫度梯度、延長道路使用壽命，從而提高公路建設的投資效益一直是世界各國交通部門和道路研究工作者迫切希望解決的問題。

國內目前對瀝青路面熱量轉移研究的主要方向是將瀝青路面收集的熱量直接用于建筑供暖制冷或將熱量儲存起來用于冬季路面融雪化冰，然而由于導熱系統復雜，供暖制冷效率較低；用于冬季路面融雪化冰僅僅處于理論探索階段，能量的跨季節存儲問題還沒有找到合適的解決辦法。極少數對瀝青路面溫差發電的研究也只是處于起步探索階段，且均采用在城市瀝青路面內鋪設水流管網，利用水作為傳遞熱量的媒介進行溫差發電的。由于水流管網與瀝青路面的接觸面積過小，造成導熱效果差，從而影響系統的發電效率，且由于城市瀝青道路使用性能的要求對管道材料的要求較高，一般管道材料均不能滿足發電系統的要求，因而極大地限制了城市瀝青路面溫差發電系統的推廣。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種導熱型瀝青混凝土路面溫差發電系統，系統能夠大規模收集和轉移太陽能熱量，同時利用溫差發電效應，通過半導體溫差發電模塊，將該熱量與溫差發電模塊冷端的溫差轉換成電能進行利用，同時可防止瀝青路面的高溫永久變形，提高路面的使用性能和耐久性，有效緩解夏天城市熱島效應。

本發明的原理是：夏季高溫時，利用高導熱性能太陽能集熱用瀝青混凝土層收集太陽能，使路面熱力學能增加，通過布置在瀝青路面下的鋁片導熱，使鋁片熱端與土壤冷端或地下自來水管道外壁形成溫差，利用半導體溫差發電片，將路面采集的熱量轉化為直接使用的電能，經DC/DC變換器、蓄電池組、逆變器等即可直接并入電網；同時太陽能集熱用瀝青混凝土層的高導熱性能能夠降低瀝青路面的溫度梯度，從而降低夏季高溫時節由于溫度梯度引起的路面熱應力破壞，提高路面使用性能和耐久性并緩解城市熱島效應。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發明提供的導熱型瀝青路面溫差發電系統，其由太陽能集熱系統、發電系統和電能儲存轉換系統三個子系統組成。其中，太陽能集熱系統作為整個溫差發電系統的熱源，主要由鋪設在路基上的摻入石墨等導熱性填料的集熱用瀝青混凝土層和導熱鋁片組成，其結構為至上而下依次是乳化瀝青混凝土封層、導熱型瀝青混凝土層、導熱鋁片、隔熱材料層；發電系統由多個半導體溫差發電片模塊組和增強導熱的導熱硅脂組成，其中半導體溫差發電片模塊結構至上而下依次為導熱硅脂、半導體溫差發電片、導熱硅脂、散熱片，各溫差發電片模塊相互串聯連接；電能儲存轉換系統包括DC/DC變換器、逆變器和蓄電池組。

本發明提供了一種全新的太陽能利用模式，其涉及到瀝青路面的可持續發展、新型綠色能源的開發利用問題。因此，具有以下3個主要優點：

1.改善夏季道路行車安全：該系統夏季光照下可減緩路面升溫速率，降低路面內部溫度，減少因瀝青路面軟化和車輛重載綜合作用造成的路面車轍破壞，防止路面永久變形的產生；

2.綠色環保，節約能源：全天候自動調節路面溫度，減少路面溫差變化，白天降低升溫速率，晚上提高降溫速率，保持瀝青混凝土的常溫狀態，減少城市道路灑水車的工作時間，節約水資源，同時溫差發電產生的電能還可作為城市道路照明、紅綠燈等市政工程用電的補充，從而節省電能；