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一种用于温差发电路面的隔温层材料、制备方法及应用技术

技术编号:15497051 阅读:166 留言:0更新日期:2017-06-03 17:43
本发明专利技术提供了一种用于温差发电路面的隔温层材料、制备方法及应用,该材料包括以下材料制成:基质沥青、辉绿岩集料、煅烧铝矾土颗粒、膨胀珍珠岩矿砂、膨胀蛭石颗粒、六钛酸钾晶须粉、硅酸铝纤维和高粘度沥青改性剂。该材料用于铺设温差发电路面的隔温层的应用。本发明专利技术的隔温层材料铺筑于温差发电路面的结构层中后,能够高效阻隔路表热量进一步向路面深度范围内的传导,使路面的热量集中于温差发电系统的热量收集区域内,有助于提升温差发电系统中路面的热量收集效率和温差发电效率。

Insulating layer material for temperature difference power generation road surface, preparation method and application thereof

The present invention provides a method for thermoelectric power generation pavement insulation materials, preparation method and application of the material comprises the following materials: asphalt, diabase aggregate, Calcined Bauxite, perlite ore particles, modified vermiculite particles, six potassium titanate whisker powder, aluminum silicate fiber and high viscosity asphalt. The material is used for laying down the temperature resisting layer of the temperature difference power generation pavement. The structure layer insulating layer material of the invention paved the road for thermoelectric power generation, to the high barrier surface heat to the pavement depth within the scope of the heat conduction, the road to focus on thermoelectric power generation system of heat collecting area, help to improve the thermoelectric power generation system of road surface heat collecting efficiency and thermoelectric power generation efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种用于温差发电路面的隔温层材料、制备方法及应用
本专利技术属于路面材料领域,涉及隔温层材料,具体涉及一种用于温差发电路面的隔温层材料、制备方法及应用。
技术介绍
沥青路面具有平整、舒适等优点,是目前公路与城市道路路面的主要类型。大约有90%以上的高速公路均采用沥青路面。在沥青路面中,沥青含量大约为4~6%(质量比),黑色的沥青使得路面的颜色整体呈黑灰色,这种深色的沥青路面在太阳辐射的作用下容易吸热,一方面易造成路面的车辙病害,影响路面的使用性能与耐久性;另一方面,这种白天吸热夜间放热的路面材料也加重了城市热岛效应,使得城市温度比周边郊区高2~3℃,从而进一步恶化了城市环境以及带来能耗的额外增加。为了缓解沥青路面的这种吸热特性带来的负面效应,同时合理的利用路面热量,通过热电转换将路面的热量转化为电能。例如:文献1(李锐铎,朱存贞,孙振阳,李小江.沥青混凝土路面发电降温系统室内试验研究[J].河南城建学院学报,2014,23(4):34-38.)公开了一种沥青混凝土路面发电降温系统,具体公开的温差发电系统通过在室内采用碘钨灯照射模拟太阳辐射,并将24块半导体发电元件埋入沥青路面中,构建了路面温差发电装置,当温差发电片热端温度达到60℃时,获得了约1.4V的电压。文献2(胡甫才,朱顺敏,汪岸,熊盛光.沥青路面温差发电系统设计分析与试验研究[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2014,38(4):834-838.)公开了一种沥青混凝土路面发电降温系统,具体公开的温差发电系统通过在室内采用沥青混合料试件内埋设铝片,并在铝片下方布设6块温差发电片和散热片,其构建的系统在温差发电片冷热端温差为20℃时达到约1V的电压。这种路面温差发电系统的基本原理是基于塞贝克(Seebeck)效应,通过温差发电片冷端与热端的温度差产生电压。总体来看,现有的技术中通过路面温差发电装置与系统的布设获取了一定的电能,但总体转换效率偏低,这其中与路面能量的传导与收集效率相关。在城市道路中,沥青路面通常的厚度为10~15cm,路面在接受太阳辐射后,热量的传导路径从高温区向低温区,因此会沿着路面的深度方向向下传递,从而使得热量不能聚集在所需要的能量获取区域内,限制了温差发电系统中热端能量的获取效率。因此,从路面材料的角度出发,提升其在温差发电系统中热量供给能力与效率,能够提高路面的温差发电效率,是本领域技术人员所关注的课题之一。
技术实现思路
针对目前在温差发电路面系统中路面热量传导的范围过广,热量不能集中于温差发电系统的能量收集区域内,导致温差发电系统中热端能量获取效率偏低,进而影响温差发电的效率等问题,本专利技术的目的在于,提供一种用于温差发电路面的隔温层材料、制备方法及应用,将隔温层材料布设在合理的路面层位,以高效阻隔路表热量进一步向路面深度范围内的传导,使路面的热量集中于温差发电系统的热量收集区域内,从而提升温差发电系统中路面的热量收集效率,进一步提高路面的温差发电效率。为了解决上述技术问题,本专利技术采用如下技术方案予以实现:一种用于温差发电路面的隔温层材料,该材料包括以下材料制成:基质沥青、辉绿岩集料、煅烧铝矾土颗粒、膨胀珍珠岩矿砂、膨胀蛭石颗粒、六钛酸钾晶须粉、硅酸铝纤维和高粘度沥青改性剂。本专利技术还具有如下区别技术特征:具体的,以重量份数计,由以下原料制成:基质沥青为4~7份,辉绿岩集料为35~50份,煅烧铝矾土颗粒为15~35份,膨胀珍珠岩矿砂为2~3,膨胀蛭石颗粒为5~15份,六钛酸钾晶须粉为0.5~1份,硅酸铝纤维为0.1~0.2份,高粘度沥青改性剂为0.7~1.2份。优选的,以重量份数计,由以下原料制成:基质沥青为5份,辉绿岩集料为45份,煅烧铝矾土颗粒为25份,膨胀珍珠岩矿砂为2.5,膨胀蛭石颗粒为7份,六钛酸钾晶须粉为0.6份,硅酸铝纤维为0.15份,高粘度沥青改性剂为0.9份。一种用于温差发电路面的隔温层材料的制备方法,该方法采用如上所述的用于温差发电路面的隔温层材料的配方,该方法按照以下步骤进行:步骤一,将辉绿岩集料、煅烧铝矾土颗粒、膨胀珍珠岩矿砂、膨胀蛭石颗粒放入温度为185℃的烘箱保温10~12小时,将六钛酸钾晶须粉放入175℃烘箱保温10-12小时;步骤二,将75%配方用量的基质沥青加热至175~180℃,拌和时,将达到保温温度的辉绿岩集料、煅烧铝矾土颗粒、膨胀珍珠岩矿砂和膨胀蛭石倒入拌和锅中拌和30~40秒;步骤三,往拌和锅中加入高粘度沥青改性剂和硅酸铝纤维并拌和60~80秒,再往拌和锅中加入25%配方用量的基质沥青并拌和60~80秒,步骤四,最后往拌和锅中加入六钛酸钾晶须粉并拌和60~80秒,制备得到热拌混合料,即为用于温差发电路面的隔温层材料。如上所述的用于温差发电路面的隔温层材料用于铺设温差发电路面的隔温层的应用。所述的隔温层的厚度为4~5cm,所述的隔温层铺设于厚度为2~3cm的路面表面层下方。本专利技术与现有技术相比,具有如下技术效果:(Ⅰ)本专利技术的隔温层材料铺筑于温差发电路面的结构层中后,能够高效阻隔路表热量进一步向路面深度范围内的传导,使路面的热量集中于温差发电系统的热量收集区域内,有助于提升温差发电系统中路面的热量收集效率和温差发电效率。另外:(Ⅱ)本专利技术中的材料主要为自然界广泛存在的矿石材料,成本较低。同时,本专利技术的隔温层材料在路面沥青混合料的基础上,掺加了具有较低热导率且抗压强度满足路用性能要求的煅烧铝矾土颗粒,粒径范围为3~10mm。此外,基于材料的粒径范围和导热系数需求,在本专利技术中掺加了膨胀珍珠岩矿砂和膨胀蛭石颗粒,填充了辉绿岩和煅烧铝矾土等较大颗粒材料所构建的骨架结构的间隙,减小路面的空隙率,同时提升隔温层的隔温效果。且膨胀蛭石与膨胀珍珠岩矿砂和煅烧铝矾土等材料相比,质量更轻,有助于减小整体隔温层材料的质量,更利于路面受力。(Ⅲ)采用六钛酸钾晶须粉作为隔温层中混合料的填料,六钛酸钾晶须粉属于粉体材料,比表面积较大,在拌和过程中,一方面与沥青裹覆后,形成沥青胶浆,有助于提高隔温层混合料整体的强度和稳定性,另一方面,与沥青形成的胶浆也能够进一步填充空隙,密实隔温层材料。同时六钛酸钾晶须粉作为低热导率隔热材料作为填料有助于进一步降低隔温层的热导率。(Ⅳ)采用硅酸铝纤维一方面用于改善隔温层材料的抗裂性能,另一方面硅酸铝纤维也具有热传导率低的优点,在提升材料性能的同时能够增强隔温效果。(Ⅴ)本专利技术的隔温层在混合料中掺加了高粘度沥青改性剂,用于提升隔温层各种材料与沥青的粘结力,增强隔温层材料的整体强度。(Ⅵ)隔温层材料中由于采用了硅酸铝纤维和高粘度沥青,整体材料具有良好的较高的强度和良好的路用性能,特别是具有高温抗车辙能力和较高的抗剪强度。(Ⅶ)本专利技术隔温层材料的应用是将其设置于路面面层2~3cm以下的层位,其上可以铺筑普通沥青混合料,例如常见的AC-13或SMA-13,这种层位和结构设置的主要目的是将太阳辐射的热量主要集中于沥青路面表面层2-3cm内,进一步阻止和减少路面热量向下面的结构层中传递。这种设置隔温层的路面用于温差发电路面时,在隔温层的顶部布设相应的热量传导材料将热量供给给温差发电片的热端,通过隔温层对热量传递的阻隔,能够提升温差发电片热端的能量供给效率,从而提升路面的温差本文档来自技高网
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一种用于温差发电路面的隔温层材料、制备方法及应用

【技术保护点】
一种用于温差发电路面的隔温层材料,其特征在于,该材料包括以下材料制成:基质沥青、辉绿岩集料、煅烧铝矾土颗粒、膨胀珍珠岩矿砂、膨胀蛭石颗粒、六钛酸钾晶须粉、硅酸铝纤维和高粘度沥青改性剂。

【技术特征摘要】
1.一种用于温差发电路面的隔温层材料,其特征在于,该材料包括以下材料制成:基质沥青、辉绿岩集料、煅烧铝矾土颗粒、膨胀珍珠岩矿砂、膨胀蛭石颗粒、六钛酸钾晶须粉、硅酸铝纤维和高粘度沥青改性剂。2.如权利要求1所述的用于温差发电路面的隔温层材料,其特征在于,以重量份数计,由以下原料制成:基质沥青为4~7份,辉绿岩集料为35~50份,煅烧铝矾土颗粒为15~35份,膨胀珍珠岩矿砂为2~3,膨胀蛭石颗粒为5~15份,六钛酸钾晶须粉为0.5~1份,硅酸铝纤维为0.1~0.2份,高粘度沥青改性剂为0.7~1.2份。3.如权利要求2所述的用于温差发电路面的隔温层材料,其特征在于,以重量份数计,由以下原料制成:基质沥青为5份,辉绿岩集料为45份,煅烧铝矾土颗粒为25份,膨胀珍珠岩矿砂为2.5,膨胀蛭石颗粒为7份,六钛酸钾晶须粉为0.6份,硅酸铝纤维为0.15份,高粘度沥青改性剂为0.9份。4.一种用于温差发电路面的隔温层材料的制备方法,其特征在于,该方法采用如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员:蒋玮袁东东胡惠韬黄义理钱逸哲余冠一
申请(专利权)人:长安大学
类型:发明
国别省市:陕西,61

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