路面除冰雪专利技术综述
2018-11-13李潇潇马晓术
李潇潇 马晓术
(1.国家知识产权局专利局材料工程发明审查部，北京 100088； 2.滕州市市政工程管理处，山东 滕州 277500)
0 引言
北方地区，冬天降雪较多，路面容易结冰，会给道路交通带来极大的影响，冬季漫长，冰雪不易融化，为了保障道路畅通和行车安全,避免交通事故或少出交通事故，提高道路通行能力和运营效益，必须采取措施清除路面冰雪。
为了保障路面安全与清洁，世界各国对路面的除冰雪技术进行了研究，并申请了大量的专利。经检索和分析现有的专利技术，总体来说，路面除冰雪是从路面内部和路面外部两个方面进行，涉及机械清除、融化清除以及通过路面铺装材料的改善来清除。路面外部技术中机械清除是指除雪人员采用机械设备清除路面的冰雪，而融化清除是通过加热或者撒布相关的融化冰雪的制剂以融化冰雪，路面内部技术主要是热融化法，利用外界的热量对路面进行加热，使温度迅速升高，从而实现融雪除冰的方法；或者是通过在路面铺装材料内添加一定量的特殊材料，改变路面结构，改变路面与轮胎的接触状态和路面的变形特性，使路面冰雪破碎融化。
1 路面除冰雪专利技术概况
1.1 主要国家专利申请情况
路面除冰雪前期主要申请国为日本、中国、美国、韩国、加拿大等国家的专利申请较少；进入20世纪后，各国专利申请数量保持逐步增长的水平，而纵观全球的专利申请，日本、中国为主要的申请大国，美国、韩国、加拿大、德国次之，其他国家因各自申请总量所占比例均小于2%，其总和不足20%，在此不作研究，如图1所示。
1.2 主要申请人技术研发热点
日本在该领域占有领先地位，排名前十位的申请人，主要研究的方向就是除冰雪机械，如HONDA MOTOR公司致力于主动清除冰雪的研究，早在1983年就开始研发简易的人工除冰雪工具一直到现在的研发各种旋转式清除工具，而申请人：MITSUBISHI ELECTRIC CORP和KUBOTA CORP则致力于从路面内部技术去除路面冰雪的研究。
1.3 主要技术领域分布特点
道路除冰雪领域主要分布在清除道路冰雪下(E01H5)，还在其他领域下有涉及，例如铺面防滑(E01C11/24)、固定加热或吹喷装置(E01C11/26)等，相关领域出现交叉现象，见图2。
2 专利技术发展路线
2.1 路面外部技术
机械清除。机械清除的技术基础是人工清除法，通过铲状机械物件进行除雪，这种方法成本低，人工消耗大，效率极其低，不适合冬季降雪量大的地区，技术人员对机械设备进行改进，技术发展大致可分为如下四个方向：
1)振动式。
将振动轮表面凸起物压入冰雪内部破碎。早在1979年，JPS5612409A公开的除雪装置中，底盘下具有旋转叶片，叶片振动除去地面积雪；近年来，申请人对振动器具结构布置和作业角度变化进行了研究，以提高其工作效率。
2)静碾压裂式。
利用机械自身重力进行碾压,可再配合动臂压力击碎冰雪。CN104762914A公开了破冰推雪滚铲，破冰滚子的机械震动使冰层产生共振从而破裂。近年来，申请人对压雪的主要构件进行了研究，以提高压雪的效率。
3)柔性链条打击式。
采用特制链条抽打冰面破冰。CN2055507U一破冰机构是用一种柔性工作件即多节冰雪破碎链条，可以自行仿形抽打破碎冰雪。近年来，申请人对链条的结构布置和作业角度变化进行了研究，以提高其工作效率。
4)铲剁式。
利用曲轴带动工作铲上下震动，击破冰面。US2011042981A1碎冰器或刮冰器的结构特征避免使冲击力直接沿手柄向上传递以及限制对重复破冰运动的使用者的冲击力。此外，包括用于砍冰的结构和承受重复砍雪的力的坚固性，由此可见，研究的重点转移到作业角度协调性和砍冰的能力上。
2.2 路面内部技术
2.2.1热融化法
热融化法是一种利用外界的热量对路面进行加热，使温度迅速升高，从而实现融雪除冰的方法。
技术大致可分为如下方向:地热管法、流体加热法、导电沥青混凝土法等。
1)地热管法。
地热管法即在地下埋设采集地热用的热交换器，利用热媒介把采集的地热传送到放热管中并进行放热。JP2003306903A,路面下方铺设有放热管，直线部和曲线部形成发夹状结构，此方法的专利申请主要致力于研究针对管道的科学放置，使得融雪比较均匀。
2)流体加热法。
太阳能集热和地下蓄能的热流体循环加热路面融雪化冰技术作为一种新型融雪化冰方法。US5643482A中利用包括热循环流体进/出口温度、热源温度和环境温度实施启停控制。专利申请开始涉及道路埋管热流体循环系统的能量梯级系统和分布式控制模式，以提高集热吸热和融雪化冰释热有效性问题。因此，太阳能集热吸热和融雪化冰释热的热流体循环高效系统和控制方法问题就成为该技术深层次发展的关键。
3)导电混凝土法。
导电沥青混凝土法是通过向普通的沥青混凝土中添加一定量的石墨、碳纤维或钢渣等导电，使其成为导体。从而能够对其通电发热来进行路面融雪除冰的一种方法。如TW200940791A，其用石墨和碳质产品部分地代替了钢屑。
2.2.2改善铺装
抑制冻结铺装类技术是通过在路面铺装材料内添加一定量的特殊材料，改变路面与轮胎的接触状态和路面的变形特性，使路面冰雪破碎融化。
1)弹性路面融雪技术。
通过在路面铺装材料内添加一定量的弹性颗粒材料，利用弹性材料局部变形能力使路面冰雪破碎融化，有效抑制路面积雪和结冰。US3891585A就开启了沥青中加入橡胶的研究，CN101219870A中提出橡胶颗粒沥青路面材料及铺设方法，解决了目前的沥青路面自身并不具备抑制冰雪凝结于路面或除去冰雪的能力。
2)涂层技术。
融冰雪路面涂层技术是一种道路主动融冰雪技术，它是使用粘结材料将一种温控智能型的融雪物质附着在路面表面。CN102127365A,通过在沥青路面涂覆一层低表面能的硅橡胶涂层，以降低沥青路面的表面能，从而大幅降低冰层对路面的粘结性。
3 结语
就路面除冰雪专利申请趋势来看，进入21世纪后，申请量呈快速增长的趋势，而研究相对较晚的中国正迎头赶上，申请量在全球所占比例不断提高，成为未来该领域非常具有潜力的市场。通过对以上路面除冰雪专利技术的研究，每种技术均有其优点和缺点，人们越来越多地关注环境，更多地就路面本身作研究，即铺筑路面时为未来除冰雪打下良好的基础，申请人更多地开始考虑技术的交叉和复合，融冰剂和高弹性路面综合除冰是路面新型融化雪技术的研究发展方向之一，可扬长避短，发挥出更大的效能。
