将压电技术应用于道路工程使之产生再生能源的方法与流程

所属技术领域

本发明属于道路交通领域，道路交通领域在当今来说是个高耗能领域，如何在高耗能领域中获得再生能源是有效降低能耗的另一个方向，本发明考虑的重点既在于此。

人类在道路交通上的发展已经走过了数百年的历史，当今世界，由于道路交通大流量、高耗能的特性，使其不可避免的消耗了大量的能源，为了解决这个问题，近年来，世界各国都对提高能源的使用效率投入了巨大的力量。然而，怎样收集车辆在行进过程中消耗的能源，也就是使其消耗的能源部分回收的课题研究较少，本发明正是针对于此进行一点弥补而提出的。

再生能源的收集对于道路交通来说是个跨学科的技术问题，所以集合多学科技术来发展它是不可回避的新课题。收集车轮压力所产生的能量，即采用压电技术来收集车轮压力的机械能，是在不给道路交通带来行车影响的前提下，将其车轮压力能量进行收集后再利用，这将是未来道路交通再生能源发展方向及目标之一。本发明是将压电原理通过在道路上设置特殊构造体而实施的方法。

背景技术：

压电效应是1880年由居里兄弟及杰克斯首先发现的。经过了100多年的实际应用及不断成熟后，今天这项技术已经被广泛应用到航天、航海、军事及大量的民用科技中，其中最简单的民用品中有压电打火机、压电打火电子炉灶等。

压电是指：当某种晶体受到某固定方向外力的作用时，内部就产生电极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。

压电打火机、压电打火电子炉灶等手动压电设施，可产生瞬间不小于3000伏特的高压电，本发明是将这种压力生电效应应用到道路路面上的一种尝试，当车辆在路面行驶时由车轮压在本特殊构造体上时所产生的瞬间压力即可产生瞬间高压电，系统将多个特殊构造体所产生的高压电收集、整理、储存后便可得到一个新的、有利用价值的再生能源。

技术实现要素：

本案是将压电技术也就是将机械压力转换成电能的方法，应用到道路交通上的。压电技术的原理是当具有压电特性的晶体在受到某固定方向外力的作用时，内部就产生电极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。压电晶体是各相异性的。本案的方法为：将这 种晶体的压电效应以一种特殊构造体方法设置到道路交通的路面上，当车辆通过产生强大的重力施压于此特殊构造体上时，晶体压电换能器便产生强大的脉冲高压电。在道路的轮辙线上以不同间距分段布设相同的本发明的特殊构造体，当车辆碾压到该段线路的特殊构造体上时，便可产生连续脉冲高压电，再经现已成熟的技术进行收集、变频调压，也可经整流后向蓄电池充电，便可达到本发明收集再生能源的目的了。

值得一提的是，本案的设计是将晶体压电换能器安装在道路车辆走行的车辙部位，它是用刚性材料制造的、微凸出于基准路面的高度，因此它不会造成车轮“啃”路面的后果，它的下部同样都是刚性材料，所以当车辆压上去时，也不会凹陷使车辆产生颠簸，这些都是保证道路平顺最基本的要素。

技术方案

本案是将锆钛酸铅(pzt)压电换能晶体置入于换能结构体内的，压电换能晶体的换能器已是较为成熟的技术，而怎样将其应用到道路交通上是本发明重点解决的问题。

在道路工程中常用的沥青混凝土路面施工时，一般由2～3层不同粒径的沥青混凝土作为面层，由下而上分别为粗粒式、中粒式和细粒式沥青混凝土，沥青混凝土路面下部为结构承载层与本案无关。

在道路施工中底层粗粒式沥青混凝土铺设完成后，可将本发明的矩形基座用专用钢钉固定于道路车辆走行车辙位置上，为保证其后铺设中粒式沥青混凝土碾压质量，基座的高度按低于中粒式沥青混凝土厚度设计，在铺设中粒式沥青混凝土前插入与之相匹配的1级弹簧顶塞，1级弹簧顶塞的长度要高出中粒式沥青混凝土设计表面，它是用来定位的，当压路机械碾压到该位置时，顶塞被压至与设计路面平齐位置，这样可保证碾压质量，碾压过后顶塞被下部弹簧弹起而高于被碾压路面，从而起到定位作用。

当铺设上表层的细粒式沥青混凝土前将前面的1级弹簧顶塞换成压电传感器筒，并插入与之相匹配的2级弹簧顶塞。同样为保证质量，传感器筒高与被压后的顶塞之和，应与被碾压路面平齐。2级弹簧顶塞也是用来为碾压细粒式沥青混凝土定位的。当表层的细粒式沥青混凝土碾压作业完成后，路面施工即告结束，此时将2级弹簧顶塞取出更换成压力杆。压力杆的下部设有弹片，其目的是延时之用，因为锆钛酸铅的工艺特性是其工艺厚度与受压瞬时成正比，也就是受压瞬时越短，晶体片越薄，发出的电压越高。在道路上车辆受实时路况影响，车速存在着较大的变化区间，为了提高多数高速车辆压电转换效率，此处用延时弹片来适当延长受压时间，延时弹片的弹性系数需根据道路限速要求设定，压电传感器筒可根据需要调换。在压力杆的底部设一个集压块，也就是当弹片被压至极限位时由集压块来承载剩余压力，这样可最高效率的实现压电转换。为了防止雨水的渗漏并保持其一定动承，同时还有 维检需要，压力杆外表用非粘性塑胶密封。

为了确保车轮在行车线间碾压到本发明所设计的构造体，每个构造体单元在道路行车线内以梅花桩矩阵形布设。同时为了达到碾压时的最好效果，构造体上表面设计成矩形，它可以最大程度的与车轮接触。

根据压电换能晶体产生电效应的特性，应在两个相对应的压电晶体表面引出产生符号相反电荷的导线，此导线以双线单插的方法引出，以并联的方法与主电缆连接，将主电缆引出后进行调压整流或再行逆变便可得到可用的再生能源，这些都是很成熟的技术，无需赘述。有意义效果

1、；本发明是将压电技术引入到民用方向的又一新的尝试，它可为紧张的能源在不增加环境及其他负担的情况下添加新鲜血液；

2、本案是在道路面层铺设时实施的，它不会给车辆运行带来不安全后果，它的外部设计与路面都是刚性接触，因此不会降低路面的使用寿命；

3、本案由于采用的是晶体压电技术，它的使用寿命是以百万次为单位计算的，相对于道路交通来说，它一旦植入在一个大修年内可永久运行使用，而无需中间更换或维修；

4、本方法先期可在城市道路交通上实施，待积累经验后，可向高速公路等长大线路推广，它必将带来广泛的社会效益及巨大的经济效益。

附图说明

图1是本发明结构组装示意图；

图2是本发明布设于道路平面的示意图；

图中1、2、3分别是底层粗粒式沥青混凝土、中层的中粒式沥青混凝土和上层细粒式沥青混凝土的结构层，4是本发明构造体的底座，5是底座固定孔，6是弹簧顶塞的弹簧，7是1级弹簧顶塞体，8是2级弹簧顶塞体，9是压电传感器筒，10是传感器晶体，11是延时弹簧片，12是集压块，13是压力杆，14是双线单插插座，15是道路行车标线，16是矩形构造体的上表面。

具体实施方式

在粗粒式沥青混凝土1铺设完成后，将本发明构造体的底座4置于事先做好的车辙线上，用固定钉打入底座固定孔5使之固定；将带有弹簧6的1级弹簧顶塞7装入底座4，此时可铺设中粒式沥青混凝土2，当压路机械碾压至此位时，1级弹簧顶塞可被压至与该设计层面平齐的位置，从而不会影响碾压质量，碾压后1级弹簧顶塞自动弹起，起到定位作用；在铺设细粒式沥青混凝土3之前，将1级弹簧顶塞移除，连接好的传感器晶体10的导线插入双线单插插座14并植入压电传感器筒9；将2级弹簧顶塞8放入压电传感器筒9内，同样在压路机 械碾压细粒式沥青混凝土3时，2级弹簧顶塞8也会被压至细粒式沥青混凝土设计平面，而不会影响碾压质量，待碾压完成后也即完成了定位任务后，将其取出换成压力杆13，当车辆压到压力杆13时，首先由底部的延时弹簧片11来瞬间延时，当弹片压至极限位置时，由集压块12传导极值压力，从开始到极值再到减弱的过程压力都集中于传感器晶体10上，使其最大效益的将机械能转换成电能，最后仍用双线单插的插头将所有本发明的构造体用电缆线并联，再进行整流调压或逆变使之成为可用的再生能源。车辆在道路上行驶时都必须在道路行车标线15内行驶，为使车辆最大程度的压过本发明的构造体，本发明的构造体以图中16的梅花桩矩阵形布设在标线内。本发明构造体为了确保吸收车轮的最大能量，其构造体的上表面为矩形。