[發(fā)明專(zhuān)利]一種壓電薄膜式路面融雪化冰裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610190677.5
• 申請(qǐng)日: 2016-03-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105672095A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 班效強(qiáng);沈壯志;石則云
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 陜西師范大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): E01C11/26
• 分類(lèi)號(hào): E01C11/26;H02N2/18
• 代理公司: 西安永生專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61201
• 代理人: 曹宇飛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于橋面融雪化冰技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種壓電薄膜式路面融雪化 冰裝置。

背景技術(shù)

交通運(yùn)輸是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈，但道路路面降雪結(jié)冰問(wèn)題，已成為道路工 作者需重點(diǎn)解決的難題之一，而橋梁絕大部分是架設(shè)在江河和峽谷之間，甚至 建設(shè)在跨海之間，因此解決這樣的橋面融雪和化冰則是重中之重，否則會(huì)造成 車(chē)毀人亡的交通事故，同事也會(huì)危及橋梁自身的安全。

目前，除冰雪的方法主要機(jī)械清除法和消融法。機(jī)械法適合于大面積機(jī)械 化清除作業(yè)，但往往需在雪后完成,作業(yè)中有礙交通；路面結(jié)冰后，徹底清除 困難；冰雪鏟除機(jī)械受季節(jié)影響較大，利用率低。消融法包括化學(xué)消融法和熱 消融法。

化學(xué)消融法主要依托化學(xué)融化劑，該法雖然被普遍應(yīng)用，但化學(xué)消融需要 后期清理，環(huán)境污染嚴(yán)重，往往造成嚴(yán)重的水資源污染，同時(shí)化學(xué)試劑對(duì)鋼筋、 路面、行運(yùn)工具腐蝕嚴(yán)重，需要巨額費(fèi)用修復(fù)道路和橋梁，經(jīng)濟(jì)損失巨大。目 前，許多國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)禁用化學(xué)消融法。熱消融法主要通過(guò)加熱電纜的方式 使冰雪融化，但這需要強(qiáng)大的電力資源做后盾。現(xiàn)在又出現(xiàn)導(dǎo)電混凝土熱消融， 這種方法是通過(guò)在普通水泥混凝土中添加適當(dāng)種類(lèi)和適當(dāng)含量的導(dǎo)電組分材 料，使水泥混凝土變成具有良好導(dǎo)電性能的導(dǎo)電體。導(dǎo)電混凝土大體上分為三 類(lèi)，無(wú)機(jī)類(lèi)(如導(dǎo)電水泥混凝土和水玻璃導(dǎo)電混凝土)，有機(jī)類(lèi)(如瀝青導(dǎo)電混 凝土和樹(shù)脂導(dǎo)電混凝土)和復(fù)合類(lèi)(如聚合物導(dǎo)電混凝土和浸漬導(dǎo)電混凝土)。 不管哪類(lèi)都需要按一定的比例與水泥進(jìn)行混合，一旦路面需要維修，大量的導(dǎo) 電混凝土則被毀壞，就需重新配制該種混凝土，造成成本上升。同時(shí)需要安裝 復(fù)雜的管道，并通過(guò)諸如地能、太陽(yáng)能等可再生能源提供導(dǎo)電混凝土發(fā)熱達(dá)到 融雪化冰的目的，但這些都面臨使用條件和地區(qū)的限制，并且工藝復(fù)雜，經(jīng)濟(jì) 性差，制約了導(dǎo)電混凝土的發(fā)展。

專(zhuān)利2013201857408公開(kāi)了一種壓電自發(fā)電的融雪化冰路面的方法，它是將 多個(gè)壓電陶瓷片疊堆成換能器埋伏在導(dǎo)電混凝土中，該方法同樣存在路面因維 修而毀壞壓電陶瓷片等所有的技術(shù)問(wèn)題。工藝、經(jīng)濟(jì)性等問(wèn)題同樣制約了該技 術(shù)的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述融雪化冰存在的技術(shù)缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種能量轉(zhuǎn)換效率 高、融雪化冰效果好且結(jié)構(gòu)輕便、方便拆裝的壓電薄膜式路面融雪化冰裝置。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案包括壓電薄膜堆，壓電薄膜堆的輸出端通過(guò)導(dǎo)線 與能量存儲(chǔ)器連接，能量存儲(chǔ)器的輸出端通過(guò)導(dǎo)線與碳纖維發(fā)熱布連接，利用 路面上行駛的車(chē)輛在壓電薄膜堆上碾壓產(chǎn)生周期性機(jī)械壓縮與伸張而發(fā)電，經(jīng) 能量轉(zhuǎn)換對(duì)碳纖維發(fā)熱布供電，以熱輻射方式向路面輻射能量，融雪化冰。

上述壓電薄膜堆的外部設(shè)置有橡膠保護(hù)套，橡膠保護(hù)套的厚度為 0.5～1.5mm。

上述壓電薄膜堆是由至少6層壓電薄膜層疊構(gòu)成，每層壓電薄膜的厚度為 0.07～0.09mm。

上述壓電薄膜堆是由6～8層壓電薄膜層疊構(gòu)成，壓電薄膜采用單晶 PMN-PT/環(huán)氧1-3型復(fù)合材料制成，轉(zhuǎn)換效率高，使用壽命長(zhǎng)。

上述能量存儲(chǔ)器是由倍壓整流電路和LTC3588-1壓電能量收集電源、負(fù)載 電阻R、蓄電穩(wěn)壓電容C10連接構(gòu)成，其中：

上述倍壓整流電路的輸出端與LTC3588-1壓電能量收集電源的引腳PZ2以 及負(fù)載電阻R的輸入端相連，負(fù)載電阻的輸出端與LTC3588-1壓電能量收集電 源的引腳PZ1相連，蓄電穩(wěn)壓電容與LTC3588-1壓電能量收集電源的輸出端并 聯(lián)連接。

上述倍壓整流電路是2～6倍放大的倍壓整流電路。

上述負(fù)載電阻R的阻值為100～130kΩ，蓄電穩(wěn)壓電容C10的電容量是30～ 60μF。

本發(fā)明的壓電薄膜式路面融雪化冰裝置是利用路面上行駛的車(chē)輛在壓電薄 膜堆上碾壓產(chǎn)生周期性機(jī)械壓縮與伸張而發(fā)電，經(jīng)能量轉(zhuǎn)換對(duì)碳纖維發(fā)熱布供 電，以熱輻射方式向路面輻射能量，融雪化冰。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有 益效果是：

(1)利用壓電薄膜堆的周期性機(jī)械壓縮和伸張而發(fā)電，對(duì)碳纖維發(fā)熱布供 電，以熱輻射方式向路面輻射能量，融雪化冰，把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，無(wú)需外 接電源即可完成融雪化冰的功能，節(jié)能環(huán)保。