路面除冰雪專利技術綜述

李瀟瀟 馬曉術

(1.國家知識產(chǎn)權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，路面容易結冰，會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，世界各國對路面的除冰雪技術進行了研究，并申請了大量的專利。經(jīng)檢索和分析現(xiàn)有的專利技術，總體來說，路面除冰雪是從路面內部和路面外部兩個方面進行，涉及機械清除、融化清除以及通過路面鋪裝材料的改善來清除。路面外部技術中機械清除是指除雪人員采用機械設備清除路面的冰雪，而融化清除是通過加熱或者撒布相關的融化冰雪的制劑以融化冰雪，路面內部技術主要是熱融化法，利用外界的熱量對路面進行加熱，使溫度迅速升高，從而實現(xiàn)融雪除冰的方法；或者是通過在路面鋪裝材料內添加一定量的特殊材料，改變路面結構，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概況

1.1 主要國家專利申請情況

路面除冰雪前期主要申請國為日本、中國、美國、韓國、加拿大等國家的專利申請較少；進入20世紀后，各國專利申請數(shù)量保持逐步增長的水平，而縱觀全球的專利申請，日本、中國為主要的申請大國，美國、韓國、加拿大、德國次之，其他國家因各自申請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 主要申請人技術研發(fā)熱點

日本在該領域占有領先地位，排名前十位的申請人，主要研究的方向就是除冰雪機械，如HONDA MOTOR公司致力于主動清除冰雪的研究，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)各種旋轉式清除工具，而申請人：MITSUBISHI ELECTRIC CORP和KUBOTA CORP則致力于從路面內部技術去除路面冰雪的研究。

1.3 主要技術領域分布特點

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

2 專利技術發(fā)展路線

2.1 路面外部技術

機械清除。機械清除的技術基礎是人工清除法，通過鏟狀機械物件進行除雪，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)，技術人員對機械設備進行改進，技術發(fā)展大致可分為如下四個方向：

1)振動式。

將振動輪表面凸起物壓入冰雪內部破碎。早在1979年，JPS5612409A公開的除雪裝置中，底盤下具有旋轉葉片，葉片振動除去地面積雪；近年來，申請人對振動器具結構布置和作業(yè)角度變化進行了研究，以提高其工作效率。

2)靜碾壓裂式。

利用機械自身重力進行碾壓,可再配合動臂壓力擊碎冰雪。CN104762914A公開了破冰推雪滾鏟，破冰滾子的機械震動使冰層產(chǎn)生共振從而破裂。近年來，申請人對壓雪的主要構件進行了研究，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一破冰機構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，申請人對鏈條的結構布置和作業(yè)角度變化進行了研究，以提高其工作效率。

4)鏟剁式。

利用曲軸帶動工作鏟上下震動，擊破冰面。US2011042981A1碎冰器或刮冰器的結構特征避免使沖擊力直接沿手柄向上傳遞以及限制對重復破冰運動的使用者的沖擊力。此外，包括用于砍冰的結構和承受重復砍雪的力的堅固性，由此可見，研究的重點轉移到作業(yè)角度協(xié)調性和砍冰的能力上。

2.2 路面內部技術

2.2.1熱融化法

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

技術大致可分為如下方向:地熱管法、流體加熱法、導電瀝青混凝土法等。

1)地熱管法。

地熱管法即在地下埋設采集地熱用的熱交換器，利用熱媒介把采集的地熱傳送到放熱管中并進行放熱。JP2003306903A,路面下方鋪設有放熱管，直線部和曲線部形成發(fā)夾狀結構，此方法的專利申請主要致力于研究針對管道的科學放置，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/出口溫度、熱源溫度和環(huán)境溫度實施啟停控制。專利申請開始涉及道路埋管熱流體循環(huán)系統(tǒng)的能量梯級系統(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深層次發(fā)展的關鍵。

3)導電混凝土法。

導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、碳纖維或鋼渣等導電，使其成為導體。從而能夠對其通電發(fā)熱來進行路面融雪除冰的一種方法。如TW200940791A，其用石墨和碳質產(chǎn)品部分地代替了鋼屑。

2.2.2改善鋪裝

抑制凍結鋪裝類技術是通過在路面鋪裝材料內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。

通過在路面鋪裝材料內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方法，解決了目前的瀝青路面自身并不具備抑制冰雪凝結于路面或除去冰雪的能力。

2)涂層技術。

融冰雪路面涂層技術是一種道路主動融冰雪技術，它是使用粘結材料將一種溫控智能型的融雪物質附著在路面表面。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路面的粘結性。

3 結語

就路面除冰雪專利申請趨勢來看，進入21世紀后，申請量呈快速增長的趨勢，而研究相對較晚的中國正迎頭趕上，申請量在全球所占比例不斷提高，成為未來該領域非常具有潛力的市場。通過對以上路面除冰雪專利技術的研究，每種技術均有其優(yōu)點和缺點，人們越來越多地關注環(huán)境，更多地就路面本身作研究，即鋪筑路面時為未來除冰雪打下良好的基礎，申請人更多地開始考慮技術的交叉和復合，融冰劑和高彈性路面綜合除冰是路面新型融化雪技術的研究發(fā)展方向之一，可揚長避短，發(fā)揮出更大的效能。