一種導熱型瀝青混凝土路面溫差發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種城市瀝青混凝土路面溫差發(fā)電系統(tǒng)，其由太陽能集熱系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)和電能儲存轉(zhuǎn)換系統(tǒng)三個子系統(tǒng)組成。其中，太陽能集熱系統(tǒng)作為整個系統(tǒng)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3組成；發(fā)電系統(tǒng)由多個半導體溫差發(fā)電片模塊14和增強導熱的導熱硅脂15組成；電能儲存轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括DC/DC變換器7、逆變器9和蓄電池組8。系統(tǒng)利用半導體溫差發(fā)電片16，將路面采集的熱量轉(zhuǎn)化為直接使用的電能；同時在夏季高溫時節(jié)，白天減緩路面溫度過快上升，夜晚加速路面溫度下降，從而減少由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。
【專利說明】一種導熱型瀝青混凝土路面溫差發(fā)電系統(tǒng)
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及自供能路面技術(shù)，特別是一種導熱型浙青混凝土路面溫差發(fā)電系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]浙青路面具有油耗低、噪音小、抗滑性好、車輛磨損小等優(yōu)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，浙青路面占80%以上；截至2012年底，我國高速公路總里程已經(jīng)超過了 9.6萬公里，穩(wěn)居世界第二位，其中85%以上的高速公路采用浙青路面。
[0003]作為直接暴露在自然環(huán)境下的建筑結(jié)構(gòu)，浙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(shù)一般在0.8到0.95之間。尤其是在夏季高溫時節(jié)，路面吸熱快、溫升高，路表的溫度甚至高于環(huán)境溫度20-30°C，夏季炎熱地區(qū)浙青路表溫度甚至可達到70°C。同時，浙青混凝土導熱系數(shù)較小，內(nèi)部積聚的大量熱量不易釋放，高溫持續(xù)時間較長。由于浙青粘彈性體的特性，高溫對浙青路面的機械性能極為不利，在車輛載荷作用下，高溫的浙青混凝土極易發(fā)生粘性變形，出現(xiàn)車轍、波浪推移、粘輪等現(xiàn)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(nèi)部積蓄的熱量又緩慢釋放到大氣中，引起環(huán)境溫度的上升，該效應可加劇城市熱島效應。因此，路面高溫對浙青路面的使用壽命和城市環(huán)境都具有負面影響。如何及時有效地轉(zhuǎn)移浙青路面熱量、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。
[0004]國內(nèi)目前對浙青路面熱量轉(zhuǎn)移研究的主要方向是將浙青路面收集的熱量直接用于建筑供暖制冷或?qū)崃績Υ嫫饋碛糜诙韭访嫒谘┗?，然而由于導熱系統(tǒng)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(jié)存儲問題還沒有找到合適的解決辦法。極少數(shù)對浙青路面溫差發(fā)電的研究也只是處于起步探索階段，且均采用在城市浙青路面內(nèi)鋪設水流管網(wǎng)，利用水作為傳遞熱量的媒介進行溫差發(fā)電的。由于水流管網(wǎng)與浙青路面的接觸面積過小，造成導熱效果差，從而影響系統(tǒng)的發(fā)電效率，且由于城市浙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(fā)電系統(tǒng)的要求，因而極大地限制了城市浙青路面溫差發(fā)電系統(tǒng)的推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種導熱型浙青混凝土路面溫差發(fā)電系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠大規(guī)模收集和轉(zhuǎn)移太陽能熱量，同時利用溫差發(fā)電效應，通過半導體溫差發(fā)電模塊，將該熱量與溫差發(fā)電模塊冷端的溫差轉(zhuǎn)換成電能進行利用，同時可防止浙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。
[0006]本發(fā)明的原理是:夏季高溫時，利用高導熱性能太陽能集熱用浙青混凝土層收集太陽能，使路面熱力學能增加，通過布置在浙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(fā)電片，將路面采集的熱量轉(zhuǎn)化為直接使用的電能，經(jīng)DC/DC變換器、蓄電池組、逆變器等即可直接并入電網(wǎng)；同時太陽能集熱用浙青混凝土層的高導熱性能能夠降低浙青路面的溫度梯度，從而降低夏季高溫時節(jié)由于溫度梯度引起的路面熱應力破壞，提聞路面使用性能和耐久性并緩解城市熱島效應。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0008]本發(fā)明提供的導熱型浙青路面溫差發(fā)電系統(tǒng)，其由太陽能集熱系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)和電能儲存轉(zhuǎn)換系統(tǒng)三個子系統(tǒng)組成。其中，太陽能集熱系統(tǒng)作為整個溫差發(fā)電系統(tǒng)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浙青混凝土層和導熱鋁片組成，其結(jié)構(gòu)為至上而下依次是乳化浙青混凝土封層、導熱型浙青混凝土層、導熱鋁片、隔熱材料層；發(fā)電系統(tǒng)由多個半導體溫差發(fā)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(fā)電片模塊結(jié)構(gòu)至上而下依次為導熱硅脂、半導體溫差發(fā)電片、導熱硅脂、散熱片，各溫差發(fā)電片模塊相互串聯(lián)連接；電能儲存轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括DC/DC變換器、逆變器和蓄電池組。
[0009]本發(fā)明提供了一種全新的太陽能利用模式，其涉及到浙青路面的可持續(xù)發(fā)展、新型綠色能源的開發(fā)利用問題。因此，具有以下3個主要優(yōu)點:
[0010]1.改善夏季道路行車安全:該系統(tǒng)夏季光照下可減緩路面升溫速率，降低路面內(nèi)部溫度，減少因浙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(chǎn)生；
[0011]2.綠色環(huán)保，節(jié)約能源:全天候自動調(diào)節(jié)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，保持浙青混凝土的常溫狀態(tài)，減少城市道路灑水車的工作時間，節(jié)約水資源，同時溫差發(fā)電產(chǎn)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(jié)省電能；
[0012]3.我國太陽能資源豐富，分布廣闊，具備可持續(xù)發(fā)展和利用的優(yōu)勢。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是導熱型浙青混凝土路面溫差發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是半導體溫差發(fā)電模塊排布圖(仰視圖)；
[0015]圖3半導體溫差發(fā)電模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中:1、乳化浙青混凝土封層；2、導熱型浙青混凝土層；3、導熱鋁片；4、隔熱材料層；5、路基；6、半導體溫差發(fā)電模塊組；7、DC/DC變換器；8、蓄電池組；9、逆變器；10、電網(wǎng)；
11、綠化帶；12、水泥隔塊；13、交通信號燈；14、半導體溫差發(fā)電模塊；15、導熱硅脂；16、半導體溫差發(fā)電片。
【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明是一種導熱型浙青混凝土路面溫差發(fā)電系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，其包括:鋪設在路基5上的太陽能集熱系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)為至上而下依次是乳化浙青混凝土封層1、導熱型浙青混凝土層2、導熱鋁片3、隔熱材料層4 ;半導體溫差發(fā)電模塊組6設置在導熱鋁片3下端部、綠化帶11 土壤一定深度處，由多個半導體溫差發(fā)電片模塊14串聯(lián)組成，其中半導體溫差發(fā)電片模塊14結(jié)構(gòu)至上而下依次為導熱硅脂15、半導體溫差發(fā)電片16、導熱硅脂15，發(fā)電片模塊下端可視實際情況與散熱片或城市地下自來水管道外壁相接觸，以增強發(fā)電片冷端散熱，各溫差發(fā)電片模塊之間相互串聯(lián)連接；溫差發(fā)電模塊組6的輸出端依次連接DC/DC變換器7、蓄電池組8、交通信號燈13或經(jīng)逆變器9轉(zhuǎn)換為交流電后直接并入電網(wǎng)10。
[0018]所述太陽能集熱系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)自上而下各層的厚度依次為:乳化浙青混凝土封層I為10?20mm,導熱型浙青混凝土層2為50?90mm,導熱招片層3為5?IOmm,隔熱材料層4為10?20mm。
[0019]所述乳化浙青混凝土封層I由集料、乳化浙青、導熱性填料、外加劑和水按不同配比組成。集料可選用玄武巖、花崗巖、石灰?guī)r等路用性能較良好的材料，乳化浙青可選用普通乳化浙青或改性乳化浙青，導熱性填料可選用石墨粉、碳黑以及碳纖維中的一種或三種不同摻量的混合物，在浙青混凝土中摻入導熱性填料能加快路表熱量向內(nèi)部的傳遞，提高路面的溫度變化速率，降低路面的溫度梯度，從而減少夏季高溫時節(jié)由于高溫度梯度引起的路面熱應力破壞。
[0020]所述導熱型浙青混凝土層2由粗集料、細集料、浙青、導熱性填料及礦粉按不同配比復合而成，導熱性填料的選用與乳化浙青混凝土封層導熱性填料的選用一致。
[0021]所述導熱鋁片3與導熱型浙青混凝土層2接觸一面可通過增設肋壁或?qū)⒃撁嬖O計為波紋狀來增強導熱。
[0022]由于目前現(xiàn)有的熱電材料機械性能較差，不耐壓，直接埋設在浙青混凝土路面下難度較大，且在使用中極易受損，因此系統(tǒng)采用將半導體溫差發(fā)電模塊組6埋設在導熱鋁片3下端部、綠化帶11 土壤一定深度處，有效避免了車輛載荷作用下對溫差發(fā)電片16的損壞，對溫差發(fā)電片16起到了很好的保護作用。
[0023]半導體溫差發(fā)電片模塊14結(jié)構(gòu)至上而下依次為導熱硅脂15、半導體溫差發(fā)電片16、導熱硅脂15，發(fā)電片上下兩面都涂抹一層硅脂，目的是增強導熱，提高系統(tǒng)的發(fā)電效率。模塊下端可視實際情況與散熱片或城市地下自來水管道外壁相接觸，以增強發(fā)電片冷端散熱。
[0024]半導體溫差發(fā)電片模塊布設的數(shù)量和密度可根據(jù)路用電器的電壓、實際路面情況及經(jīng)濟性來確定，在此不再贅述。
[0025]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理，但本發(fā)明的保護范圍不限于上述的實施例，對于本【技術(shù)領域】技術(shù)人員而言，在本發(fā)明的啟示下，能夠從本專利公開內(nèi)容中直接導出或聯(lián)想一些原理相同的基本變形，或現(xiàn)有技術(shù)中常用公知技術(shù)的替代，以及特征間的相互不同組合，相同或相似技術(shù)效果的技術(shù)特征簡單改換，都屬于本發(fā)明保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種溫差發(fā)電系統(tǒng)，其特征是一種導熱型浙青混凝土路面溫差發(fā)電系統(tǒng)，其包括:鋪設在路基5上的太陽能集熱系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)為至上而下依次是乳化浙青混凝土封層1、導熱型浙青混凝土層2、導熱鋁片3、隔熱材料層4 ;半導體溫差發(fā)電模塊組6設置在導熱鋁片3下端部、綠化帶11 土壤一定深度處，由多個半導體溫差發(fā)電片模塊14組成，其中半導體溫差發(fā)電片模塊14結(jié)構(gòu)至上而下依次為導熱硅脂15、半導體溫差發(fā)電片16、導熱硅脂15，發(fā)電片模塊下端可視實際情況與散熱片或城市地下自來水管道外壁相接觸，以增強發(fā)電片冷端散熱，各溫差發(fā)電片模塊之間相互串聯(lián)連接；溫差發(fā)電模塊組6的輸出端依次連接DC/DC變換器7、蓄電池組8、交通信號燈13或經(jīng)逆變器9轉(zhuǎn)換為交流電后直接并入電網(wǎng)10。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導熱型浙青混凝土路面溫差發(fā)電系統(tǒng)，其特征是:通過布置在浙青路面下的鋁片3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(fā)電片16，將路面采集的熱量轉(zhuǎn)化為直接使用的電能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導熱型浙青混凝土路面溫差發(fā)電系統(tǒng)，其特征是:導熱鋁片3的厚度為5?10mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導熱型浙青混凝土路面溫差發(fā)電系統(tǒng)，其特征是:導熱鋁片3與導熱型浙青混凝土層2接觸一面可通過增設肋壁或?qū)⒃撁嬖O計為波紋狀來增強導熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導熱型浙青混凝土路面溫差發(fā)電系統(tǒng)，其特征是:半導體溫差發(fā)電片模塊14結(jié)構(gòu)至上而下依次為導熱硅脂15、半導體溫差發(fā)電片16、導熱硅脂15，發(fā)電片上下兩面都涂抹一層硅脂，目的是增強導熱，提高系統(tǒng)的發(fā)電效率。
【文檔編號】H02N11/00GK103633882SQ201310617087
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】朱順敏, 汪岸, 徐國, 胡甫才, 姚蒙, 孫英強, 廖鵬飛 申請人:朱順敏