一种基于空气流收集路面热量的温差发电沥青路面结构

1.本实用新型属于道路工程技术领域，具体涉及一种基于空气流收集路面热量的温差发电沥青路面结构。


背景技术：

2.道路交通作为规模最大、最典型的陆地交通方式之一，其能源消耗无疑是巨大的。然而，道路交通同时蕴含着相当可观的能源潜力，合理利用路域范围内的可再生能源，实现与可再生能源融合发展，从而构建绿色、弹性、自洽和可持续的交通能源系统的未来道路。沥青路面由于具备众多优点成为道路建设中被广泛采用的高级路面，但是由于沥青本身为黑色，对太阳辐射的吸收系数高达0.8～0.95，使得沥青路面成为一种强吸、放热体，在路域中会吸收和排放大量热量，特别在夏季高温地区，白天路表温度可达70℃甚至更高。路面中积聚的大量废热不仅对沥青路面本身会产生众多病害，还会对城市热温体系造成很大影响，加剧城市的热岛效应。
3.热电沥青路面是收集沥青路面多余的热能并将其转化成电能的一种新型路面结构，具有十分广泛的应用前景，该种路面结构最显著的优点是其在能源转化过程中不存在环境污染问题且电能输出比较稳定。文献1(沙爱民,蒋玮,王文通,娄宝文,曹阳森,贾猛.面向智慧道路建造的新型路面材料设计与展望[j].科学通报,2020,65(30):3259-3269.)阐述了热电沥青路面的技术原理，并定义热电沥青路面组成除传统路面结构外，还包括热电转换器件、热端模块和冷端模块三部分。其中热端模块可以直接是沥青路面上面层，或者将路面热能通过导热体导出，以导热体作为热端；而冷端模块则采用在同等条件下较热端模块温度低的材料。目前多采用金属制品(如铝板、铜板、铝均热板等)将路面热能导出作为热端模块，而冷端模块则主要以水作为媒介。
[0004]
但是目前热电沥青路面处于初期探索阶段，推广使用较少，这主要是因为：
[0005]
①
热端模块采用板状金属制品，铺设时成本较高；
[0006]
②
在实际应用中，特别是干旱少雨地区，很难在冷端持续通水作为冷端材料。


技术实现要素：

[0007]
针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种基于空气流收集路面热量的温差发电沥青路面结构，有效地解决了温差发电沥青路面成本过高，且较难推广使用的问题。
[0008]
为了解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案予以实现：
[0009]
一种基于空气流收集路面热量的温差发电沥青路面结构，包括铺设在路基土壤上表面的绝热层，所述绝热层的上表面由下向上依次铺设有沥青混合料路面下面层和沥青混合料路面上面层，所述沥青混合料路面下面层和所述沥青混合料路面上面层之间设置有多根导热管，每根所述导热管的一端与外界空气连通，每根所述导热管的另一端连接有集热腔，所述集热腔与每根所述导热管的另一端连通，所述集热腔上连接有温差发生管，所述温
差发生管的一端与所述集热腔连通，所述温差发生管的另一端与外界空气连通，所述温差发生管内设置有热电转化器，且所述热电转化器的热端朝向所述温差发生管的一端，所述热电转化器的冷端朝向所述温差发生管的另一端。
[0010]
进一步地，所述路基土壤的上表面还铺设有路面基层，所述路面基层的上表面铺设有第一黏结层，所述绝热层通过所述第一黏结层黏结在所述路面基层上。
[0011]
进一步地，所述沥青混合料路面下面层的上表面还铺设有第二黏结层，每根所述导热管通过所述第二黏结层黏结在所述沥青混合料路面下面层的上表面。
[0012]
进一步地，所述多根导热管按照一定的间隔均布设置在所述沥青混合料路面下面层的上表面，且与行车方向垂直设置，每根所述导热管的一端伸出路侧。
[0013]
进一步地，所述集热腔的内壁包裹有气凝胶毡。
[0014]
进一步地，所述集热腔沿行车方向管埋在路侧，所述温差发生管与所述集热腔垂直且竖直向上。
[0015]
进一步地，所述集热腔的长度为1200mm～1500mm，所述温差发生管的竖直长度为1000mm～1500mm。
[0016]
进一步地，所述沥青混合料路面下面层的厚度为80mm～100mm，所述沥青混合料路面上面层的厚度为40mm～50mm。
[0017]
进一步地，所述温差发生管上还设置有用电器模块，所述用电器模块与所述热电转化器电连接。
[0018]
与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：本实用新型提供的一种基于空气流收集路面热量的温差发电沥青路面结构，沥青混合料路面下面层和沥青混合料路面上面层能够高效的吸收路域环境中的热量，绝热层能够防止面层吸收的热量往路基下方传导使得热量散失，外界空气从导热管的一端进入后，导热管利用导热特性吸收沥青路面上的大量热量后，能够将热量传导给管中的空气，空气将沥青混合料路面吸收的热量带入到集热腔，集热腔通过收集几个导热管中空气送入的热量后，集热腔中的高温热量再进入到温差发生管内后，送至热电转化器的热端，因为温差发生管的另一端与外界空气连通，所以使得外界的空气能够在大气压强的作用下贯入温差发生管内后，外界空气直接送至热电转化器的冷端，也就是说，热电转化器件的热端与温差发生管中的高热空气接触，热电转化器件的冷端则与外界的常温空气接触，则两端形成温度差，从而产生电能。本实用新型充分利用了路域环境中的风能与热能，使得空气在吸收路表热量后，在大气压强和路域环境中的自然风的作用下形成自由流动的空气流，空气流通过导热管将热量传导和集中到集热腔中，从而进一步传递到热电转化器的热端，在有效降低路面温度的同时还能产生可观的电量，用于交通指示牌等道路交通的设施的运行。这种路面结构简单，铺筑工艺简便，具有较强的可操作性，实现了路面路用性能与能量转化功能的融合，在减缓高温时路面病害出现的同时，也延长了路面使用寿命。温差发电沥青路面结构突破了传统路面材料的所具备的功能，大大地缓解了城市热岛效应，对实现“双碳”目标具有显著的经济效益和社会效益。
[0019]
进一步地，路基土壤的上表面还铺设有路面基层，路面基层的上表面铺设有第一黏结层，绝热层通过第一黏结层黏结在路面基层上，通过设置路面基层提高本实用新型路面的结构耐久性，还能有效的提高黏结层对绝热层与路面基层的黏结效果。
[0020]
进一步地，沥青混合料路面下面层的上表面还铺设有第二黏结层，每根导热管通
过第二黏结层黏结在沥青混合料路面下面层的上表面，使得施工过程中便于导热管的布设。
[0021]
进一步地，集热腔的内壁包裹有气凝胶毡，避免产生过多的热量散失。
[0022]
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0023]
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]
图1为本实用新型一种基于空气流收集路面热量的温差发电沥青路面结构的整体正视图；
[0025]
图2为本实用新型一种基于空气流收集路面热量的温差发电沥青路面结构的整体侧视图。
[0026]
图中：1-路基土壤；2-路面基层；3-绝热层；401-第一黏结层；402-第二黏结层；5-沥青混合料路面下面层；6-沥青混合料路面上面层；7-导热管；801-集热管；802-温差发生管；9-热电转化器；10-用电器模块。
具体实施方式
[0027]
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0028]
作为本实用新型的某一具体实施方式，结合图1和图2所示，一种基于空气流收集路面热量的温差发电沥青路面结构，包括铺设在路基土壤1上表面的绝热层3，绝热层3的上表面由下向上依次铺设有沥青混合料路面下面层5和沥青混合料路面上面层6，沥青混合料路面下面层5和沥青混合料路面上面层6之间设置有多根导热管7，导热管7周围被沥青混合料包裹，每根导热管7的一端与外界空气连通，优选的，多根导热管7按照一定的间隔均布设置在沥青混合料路面下面层5的上表面，且与行车方向垂直设置，每根导热管7的一端伸出路侧后与外界空气连通。每根导热管7的另一端连接有集热腔801，集热腔801与每根导热管7的另一端连通，集热腔801上连接有温差发生管802，温差发生管802的一端与集热腔801连通，温差发生管802的另一端与外界空气连通，温差发生管802内设置有热电转化器9，且热电转化器9的热端朝向温差发生管802的一端，热电转化器9的冷端朝向温差发生管802的另一端。
[0029]
外界空气从导热管7的一端进入后，将沥青混合料路面上面层6吸收的热量带入到集热腔801，然后再进入到温差发生管802内后，送至热电转化器9的热端，温差发生管802的另一端与外界空气连通，使得外界的空气能够在大气压强的作用下贯入温差发生管802内后，送至热电转化器9的冷端，也就是说，热电转化器件9的热端与温差发生管802中的高热
空气接触，热电转化器件9的冷端则与外界的常温空气接触，则两端形成温度差，从而产生电能。
[0030]
作为优选的实施方式，在路基土壤1的上表面还铺设有路面基层2，路面基层2为半刚性基层或者刚性基层，路面基层2的上表面铺设有第一黏结层401，绝热层3通过第一黏结层401黏结在路面基层2上。在沥青混合料路面下面层5的上表面还铺设有第二黏结层402，每根导热管7通过第二黏结层402黏结在沥青混合料路面下面层5的上表面。
[0031]
作为优选的实施方式，为了尽量避免产生过多的热量散失，在集热腔801的内壁包裹有气凝胶毡。优选的，集热腔801沿行车方向管埋在路侧，温差发生管802与集热腔801垂直且竖直向上。集热腔801的长度为1200mm～1500mm，温差发生管802的竖直长度为1000mm～1500mm。
[0032]
如图1和图2所示，温差发生管802上还设置有用电器模块10，用电器模块10(如路灯、交通指示牌等)与热电转化器9电连接，热电转化器9还与储能电池电连接。
[0033]
本实用新型中，路基填料应均匀密实，采用级配良好的砾石混合料或砂土质碎石。半刚性基层采用水泥稳定类中的水泥稳定级配碎石或砾石或水泥粉煤灰稳定级配砾石，厚度不小于150mm。沥青混合料路面上面层6采用ac-13，沥青混合料路面下面层5采用ac-16或ac-20。第一黏结层401和第二黏结层402采用环氧树脂、环氧沥青或聚氨酯结合料，第一黏结层401和第二黏结层402所用环氧树脂胶粘剂采用双组分型胶粘剂，由环氧树脂、固化剂、溶剂等组成，环氧树脂采用双酚a型环氧树脂，固化剂采用低分子聚酰胺。绝热层3为建筑用聚氨酯绝热夹芯板。导热管7采用铝、铜等金属管。集热腔801采用钢管，钢管内壁裹附气凝胶毡。热电转化器9采用成品的热电转化器件。
[0034]
沥青混合料路面上面层6的厚度为40～50mm，沥青混合料路面下面层5的厚度为80～100mm。第一黏结层401的厚度为2～3mm，第二黏结层402的厚度为2～3mm，第一黏结层401和第二黏结层402为环氧树脂黏结层或环氧沥青黏结层。绝热层3为长1200～1500mm、宽600～800mm和厚30mm的建筑用聚氨酯绝热夹芯板，若干建筑用聚氨酯绝热夹芯板沿路面方向间隔设置，且相邻两建筑用聚氨酯绝热夹芯板之间的间距为2～3mm。导热管7为dike铝箔隔热卷材制成的长1200～1500mm、直径50mm和厚2～3mm的金属管，卷材由铝箔贴面 聚乙烯薄膜 经纬编织物 金属涂膜通过专业的工艺和技术热熔胶层压而成；且导热管7伸出沥青混合料面层一侧的长度为100～120mm，若干导热管7沿与车辆行进方向(如图1中的箭头方向和图2中的方向)垂直间隔设置，且相邻两导热管7之间的间距为300mm；4～5个导热管7与一个集热腔801连接，集热腔801为长1500mm～1800mm、宽和高为200mm
×
200mm、厚5mm的长方体空心钢管，钢管内壁附设有5mm的气凝胶毡，集热腔801沿车辆行进方向布设在路侧以下300～500mm处，相邻两个集热腔801的间距为300mm。温差发生管802与集热腔801垂直连接，温差发生管802为长1800mm～2000mm、直径100mm、厚5mm的钢管。热电转化器9为50～80mm、宽50～80mm和厚3～5mm的温差发电片，每个温差发生管802中1000mm～1200mm处内嵌有一个热电转化器9；热电转化器9与用电器模块10通过电路连接。
[0035]
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技
术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。