[發(fā)明專利]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（公告）號(hào): CN105672095A
• 公開（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)（專利權(quán)）人: 陜西師范大學(xué)
• 主分類號(hào): E01C11/26
• 分類號(hào): E01C11/26;H02N2/18
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責(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)輸是國民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈，但道路路面降雪結(jié)冰問題，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，許多國家和地區(qū)已經(jīng)禁用化學(xué)消融法。熱消融法主要通過加熱電纜的方式 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， 這種方法是通過在普通水泥混凝土中添加適當(dāng)種類和適當(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，無機(jī)類(如導(dǎo)電水泥混凝土和水玻璃導(dǎo)電混凝土)，有機(jī)類(如瀝青導(dǎo)電混 凝土和樹脂導(dǎo)電混凝土)和復(fù)合類(如聚合物導(dǎo)電混凝土和浸漬導(dǎo)電混凝土)。 不管哪類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，并通過諸如地能、太陽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。

專利2013201857408公開了一種壓電自發(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)問題。工藝、經(jīng)濟(jì)性等問題同樣制約了該技 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導(dǎo)線 與能量存儲(chǔ)器連接，能量存儲(chǔ)器的輸出端通過導(dǎo)線與碳纖維發(fā)熱布連接，利用 路面上行駛的車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。

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，無需外 接電源即可完成融雪化冰的功能，節(jié)能環(huán)保。