[发明专利]一种叠柱式沥青路面能量收集装置

说明书

技术领域

本发明涉及新能源收集转化设备领域，特别是涉及一种适用于沥青混凝土路面的叠柱式沥青路面能量收集装置及其用途。

背景技术

全球一次能源以可预见耗竭的石化能源为主的能量供应现状，迫切要求加速可再生能源的发展。沥青混凝土路面中所蕴含的能量作为一种新型可再生的绿色能源，近年来受到广泛的关注。沥青混凝土路面在行车荷载作用下，会产生应力、应变、变形以及振动等结构响应，从而产生机械能。以一辆60km/h速度行驶的车辆为例，一次标准轴载通过在路面深40mm处所产生的机械能约为0.644J。我国沥青路面约45万公里，其潜在的可利用能量非常可观。

沥青混凝土路面内的机械能可以利用压电效应进行转换收集。利用压电效应把机械能转换成电能，这在国内外都已进行了研究。以色列海法的因诺瓦公司和海法理工学院联合科研小组宣布在2008年研制出了一种基于压电效应的可用于路面的能量收集系统。然而，国外用于道路能量收集的技术尚处于保密，未有任何的技术资料可供直接参考。国内虽然在压电材料和压电换能方面研究较多，但是对道路机械能的转换和收集理论的研究未见相关报道。同时，在道路工程领域，对路面的结构相应的研究主要集中在路面设计、材料、维护等方面，并没有从能量利用角度进行研究。

为使得压电换能器能够与沥青路面良好地协同工作，同时又能够产生尽可能多的能量，应用于道路工程领域的压电换能器必须具有合适的刚度、较高的能量转化效率以及较大的能量传输系数。但通过相关研究发现，现有的压电换能器或刚度不合适，或能量转化效率低，或能量传输系数小，都无法同时满足道路能量收集的要求。因此，迫切需要提供一种与沥青路面协同性好、能量转化效率高的沥青路面能量收集装置。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适用于沥青混凝土路面的叠柱式沥青路面能量收集装置及其用途，用于解决现有技术中问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种适用于沥青混凝土路面的叠柱式沥青路面能量收集装置，包括水平设置的上表面顶板和下表面顶板，所述上表面顶板和下表面顶板之间为封装层，所述封装层中设有一个以上竖直的压电陶瓷柱单元，所述压电陶瓷柱单元的顶部与上表面顶板通过金属片相连，底部与下表面顶板通过金属片相连，每个压电陶瓷柱单元均包含若干压电陶瓷柱本体，所述各压电陶瓷柱本体之间均设有金属片。

当封装层中设有两个以上竖直的压电陶瓷柱单元时，所述压电陶瓷柱单元均匀分布于封装层中。

优选的，所述封装层的材料选自橡胶或沥青砂。

优选的，金属片与压电陶瓷柱单元、上表面顶板、下表面顶板之间均通过粘结层粘合。

更优选的，所述粘结层选自导电胶或强力胶中的一种或两种的组合。

进一步优选的，所述导电胶采用体积电阻率在10^-3～10^-4Ω·cm的导电胶；所述强力胶剪切强度大于10MPa。

优选的，所述上、下表面顶板互相平行且大小和形状相同。

更优选的，所述每个压电陶瓷柱单元包含2-10个压电陶瓷柱本体，并由压电陶瓷柱本体叠加而成。

更优选的，所述压电陶瓷柱单元个数为15-25个，高度为1cm-8cm。

更优选的，所述压电陶瓷柱本体的材料为PZT-5H压电陶瓷，高度为0.5cm-2cm，横截面积为0.15cm²-0.6cm²，所述金属片材料为方形铜电极，厚度为0.2mm-0.5mm，面积为1cm²-1.7cm²。

更优选的，所述上、下表面顶板均为圆形铁板，厚度为5mm-10mm，水平截面积为356cm²-712cm²。

当上、下表面顶板均为圆形时，所述压电陶瓷柱单元以同心圆的分布方式，均匀分布在所述封装层中。

进一步优选的，所述封装层中以顶板的圆心为圆心共设有内、外两圈压电陶瓷柱单元，外圈压电陶瓷柱单元的设置半径为9.5cm-13.5cm，内圈压电陶瓷柱单元的设置半径为5.5cm-7.7cm，此外圆心还设有一个压电陶瓷柱单元。

本发明第二方面提供所述叠柱式沥青路面能量收集装置在沥青混凝土路面能量收集领域的用途。