路面除冰雪專利技術(shù)綜述

李瀟瀟 馬曉術(shù)

(1.國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局材料工程發(fā)明審查部，北京 100088； 2.滕州市市政工程管理處，山東 滕州 277500)

0 引言

北方地區(qū)，冬天降雪較多，路面容易結(jié)冰，會(huì)給道路交通帶來極大的影響，冬季漫長，冰雪不易融化，為了保障道路暢通和行車安全,避免交通事故或少出交通事故，提高道路通行能力和運(yùn)營效益，必須采取措施清除路面冰雪。

為了保障路面安全與清潔，世界各國對(duì)路面的除冰雪技術(shù)進(jìn)行了研究，并申請(qǐng)了大量的專利。經(jīng)檢索和分析現(xiàn)有的專利技術(shù)，總體來說，路面除冰雪是從路面內(nèi)部和路面外部兩個(gè)方面進(jìn)行，涉及機(jī)械清除、融化清除以及通過路面鋪裝材料的改善來清除。路面外部技術(shù)中機(jī)械清除是指除雪人員采用機(jī)械設(shè)備清除路面的冰雪，而融化清除是通過加熱或者撒布相關(guān)的融化冰雪的制劑以融化冰雪，路面內(nèi)部技術(shù)主要是熱融化法，利用外界的熱量對(duì)路面進(jìn)行加熱，使溫度迅速升高，從而實(shí)現(xiàn)融雪除冰的方法；或者是通過在路面鋪裝材料內(nèi)添加一定量的特殊材料，改變路面結(jié)構(gòu)，改變路面與輪胎的接觸狀態(tài)和路面的變形特性，使路面冰雪破碎融化。

1 路面除冰雪專利技術(shù)概況

1.1 主要國家專利申請(qǐng)情況

路面除冰雪前期主要申請(qǐng)國為日本、中國、美國、韓國、加拿大等國家的專利申請(qǐng)較少；進(jìn)入20世紀(jì)后，各國專利申請(qǐng)數(shù)量保持逐步增長的水平，而縱觀全球的專利申請(qǐng)，日本、中國為主要的申請(qǐng)大國，美國、韓國、加拿大、德國次之，其他國家因各自申請(qǐng)總量所占比例均小于2%，其總和不足20%，在此不作研究，如圖1所示。

1.2 主要申請(qǐng)人技術(shù)研發(fā)熱點(diǎn)

日本在該領(lǐng)域占有領(lǐng)先地位，排名前十位的申請(qǐng)人，主要研究的方向就是除冰雪機(jī)械，如HONDA MOTOR公司致力于主動(dòng)清除冰雪的研究，早在1983年就開始研發(fā)簡易的人工除冰雪工具一直到現(xiàn)在的研發(fā)各種旋轉(zhuǎn)式清除工具，而申請(qǐng)人：MITSUBISHI ELECTRIC CORP和KUBOTA CORP則致力于從路面內(nèi)部技術(shù)去除路面冰雪的研究。

1.3 主要技術(shù)領(lǐng)域分布特點(diǎn)

道路除冰雪領(lǐng)域主要分布在清除道路冰雪下(E01H5)，還在其他領(lǐng)域下有涉及，例如鋪面防滑(E01C11/24)、固定加熱或吹噴裝置(E01C11/26)等，相關(guān)領(lǐng)域出現(xiàn)交叉現(xiàn)象，見圖2。

2 專利技術(shù)發(fā)展路線

2.1 路面外部技術(shù)

機(jī)械清除。機(jī)械清除的技術(shù)基礎(chǔ)是人工清除法，通過鏟狀機(jī)械物件進(jìn)行除雪，這種方法成本低，人工消耗大，效率極其低，不適合冬季降雪量大的地區(qū)，技術(shù)人員對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，技術(shù)發(fā)展大致可分為如下四個(gè)方向：

1)振動(dòng)式。

將振動(dòng)輪表面凸起物壓入冰雪內(nèi)部破碎。早在1979年，JPS5612409A公開的除雪裝置中，底盤下具有旋轉(zhuǎn)葉片，葉片振動(dòng)除去地面積雪；近年來，申請(qǐng)人對(duì)振動(dòng)器具結(jié)構(gòu)布置和作業(yè)角度變化進(jìn)行了研究，以提高其工作效率。

2)靜碾壓裂式。

利用機(jī)械自身重力進(jìn)行碾壓,可再配合動(dòng)臂壓力擊碎冰雪。CN104762914A公開了破冰推雪滾鏟，破冰滾子的機(jī)械震動(dòng)使冰層產(chǎn)生共振從而破裂。近年來，申請(qǐng)人對(duì)壓雪的主要構(gòu)件進(jìn)行了研究，以提高壓雪的效率。

3)柔性鏈條打擊式。

采用特制鏈條抽打冰面破冰。CN2055507U一破冰機(jī)構(gòu)是用一種柔性工作件即多節(jié)冰雪破碎鏈條，可以自行仿形抽打破碎冰雪。近年來，申請(qǐng)人對(duì)鏈條的結(jié)構(gòu)布置和作業(yè)角度變化進(jìn)行了研究，以提高其工作效率。

4)鏟剁式。

利用曲軸帶動(dòng)工作鏟上下震動(dòng)，擊破冰面。US2011042981A1碎冰器或刮冰器的結(jié)構(gòu)特征避免使沖擊力直接沿手柄向上傳遞以及限制對(duì)重復(fù)破冰運(yùn)動(dòng)的使用者的沖擊力。此外，包括用于砍冰的結(jié)構(gòu)和承受重復(fù)砍雪的力的堅(jiān)固性，由此可見，研究的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到作業(yè)角度協(xié)調(diào)性和砍冰的能力上。

2.2 路面內(nèi)部技術(shù)

2.2.1熱融化法

熱融化法是一種利用外界的熱量對(duì)路面進(jìn)行加熱，使溫度迅速升高，從而實(shí)現(xiàn)融雪除冰的方法。

技術(shù)大致可分為如下方向:地?zé)峁芊?、流體加熱法、導(dǎo)電瀝青混凝土法等。

1)地?zé)峁芊ā?/p>

地?zé)峁芊丛诘叵侣裨O(shè)采集地?zé)嵊玫臒峤粨Q器，利用熱媒介把采集的地?zé)醾魉偷椒艧峁苤胁⑦M(jìn)行放熱。JP2003306903A,路面下方鋪設(shè)有放熱管，直線部和曲線部形成發(fā)夾狀結(jié)構(gòu)，此方法的專利申請(qǐng)主要致力于研究針對(duì)管道的科學(xué)放置，使得融雪比較均勻。

2)流體加熱法。

太陽能集熱和地下蓄能的熱流體循環(huán)加熱路面融雪化冰技術(shù)作為一種新型融雪化冰方法。US5643482A中利用包括熱循環(huán)流體進(jìn)/出口溫度、熱源溫度和環(huán)境溫度實(shí)施啟?？刂?。專利申請(qǐng)開始涉及道路埋管熱流體循環(huán)系統(tǒng)的能量梯級(jí)系統(tǒng)和分布式控制模式，以提高集熱吸熱和融雪化冰釋熱有效性問題。因此，太陽能集熱吸熱和融雪化冰釋熱的熱流體循環(huán)高效系統(tǒng)和控制方法問題就成為該技術(shù)深層次發(fā)展的關(guān)鍵。

3)導(dǎo)電混凝土法。

導(dǎo)電瀝青混凝土法是通過向普通的瀝青混凝土中添加一定量的石墨、碳纖維或鋼渣等導(dǎo)電，使其成為導(dǎo)體。從而能夠?qū)ζ渫姲l(fā)熱來進(jìn)行路面融雪除冰的一種方法。如TW200940791A，其用石墨和碳質(zhì)產(chǎn)品部分地代替了鋼屑。

2.2.2改善鋪裝

抑制凍結(jié)鋪裝類技術(shù)是通過在路面鋪裝材料內(nèi)添加一定量的特殊材料，改變路面與輪胎的接觸狀態(tài)和路面的變形特性，使路面冰雪破碎融化。

1)彈性路面融雪技術(shù)。

通過在路面鋪裝材料內(nèi)添加一定量的彈性顆粒材料，利用彈性材料局部變形能力使路面冰雪破碎融化，有效抑制路面積雪和結(jié)冰。US3891585A就開啟了瀝青中加入橡膠的研究，CN101219870A中提出橡膠顆粒瀝青路面材料及鋪設(shè)方法，解決了目前的瀝青路面自身并不具備抑制冰雪凝結(jié)于路面或除去冰雪的能力。

2)涂層技術(shù)。

融冰雪路面涂層技術(shù)是一種道路主動(dòng)融冰雪技術(shù)，它是使用粘結(jié)材料將一種溫控智能型的融雪物質(zhì)附著在路面表面。CN102127365A,通過在瀝青路面涂覆一層低表面能的硅橡膠涂層，以降低瀝青路面的表面能，從而大幅降低冰層對(duì)路面的粘結(jié)性。

3 結(jié)語

就路面除冰雪專利申請(qǐng)趨勢來看，進(jìn)入21世紀(jì)后，申請(qǐng)量呈快速增長的趨勢，而研究相對(duì)較晚的中國正迎頭趕上，申請(qǐng)量在全球所占比例不斷提高，成為未來該領(lǐng)域非常具有潛力的市場。通過對(duì)以上路面除冰雪專利技術(shù)的研究，每種技術(shù)均有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，人們?cè)絹碓蕉嗟仃P(guān)注環(huán)境，更多地就路面本身作研究，即鋪筑路面時(shí)為未來除冰雪打下良好的基礎(chǔ)，申請(qǐng)人更多地開始考慮技術(shù)的交叉和復(fù)合，融冰劑和高彈性路面綜合除冰是路面新型融化雪技術(shù)的研究發(fā)展方向之一，可揚(yáng)長避短，發(fā)揮出更大的效能。