NO310394B1 - Fremgangsmåte for å regulere mengden av ioniserte gasser og/eller partikler over veier, gater, plasser eller lignende - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å regulere mengden av ioniserte gasser og/eller partikler som svever i luften over veier, gater, plasser eller lignende.

Med dekke menes flater som anvendes til vei, gate, plass, inkludert flyplasser, samt veimerking på vei, gate og plass. Flater til vei, gate og plass består vanligvis av et bindemiddel iblandet et tilsatsmateriale som sand, grus og stein med en viss kornstørrelse. Bindemiddelet omslutter vanligvis tilsats-materialet fullstendig. Bindemiddelet er vanligvis bitumen, som også kan være blandet med asfalt, steinkulltjære, bitumenpolymerer og plastmaterialer. I foreliggende beskrivelse er anvendt ordet bitumen, selv om bitumenet kan være blandet med en eller flere av ovennevnte stoffer.

Bitumen er en meget god elektrisk isolator og benyttes blant annet til innstøping av elektriske komponenter. Et veidekke med et bindemiddel av bitumen vil være en elektrisk isolator og vil følgelig ikke lede elektrisk strøm. Det er kjent at isolerende stoffer som ebonitt, glass med mere kan lades elektrisk for eksempel ved gnidning mot andre stoffer. På samme måte vil det isolerende dekke i vei, gate, plass lades elektrisk ved friksjon som skyldes rullende trafikk, det vil lades ved solbestråling og oppvarming av luftmolekyler som ioniseres og som vil strømme fra dekke, og det vil lades ved termisk utvidelse og sammentrekning av dekke. Bindemidlet i dekket vil miste elektroner slik at dekke lades positivt. Dekket vil følgelig få en positiv ladning i forhold til jorden som har en negativ ladning.

Det er tidligere kjent, blant annet fra US-patent 5 707 171, å gjøre et veidekke elektrisk ledende. Dette har imidlertid tidligere kun vært utnyttet for å varme opp veidekket ved å lede strøm igjennom for å hindre isdannelse.

Fra en forbrenningsmotor strømmer avgass og gassen er vanligvis ionisert og har en positiv ladning. Likeledes er partikler i avgass positiv ladet. Støv-partikler i luften over en veibane er også vanligvis positiv ladet. Støv-partiklene kan komme fra bl.a. veibanens toppsjikt, industriutslipp og/eller privatutslipp.

Et elektrisk oppladet dekke vil virke som en pol i et elektrostatisk system. Overflateladningen i et dekke som er positiv vil ha samme polaritet som ladningen til gassioner og/eller partikler i avgass over vei, gate, plass, mm. Dekket vil derfor frastøte de nevnte gasser og/eller partikler. Resultatet blir at de ioniserte gasser og/eller partikler over dekket vil forbli svevende over veier, gater og plasser. Det er oppstått en elektrisk Coloumbkraft som virker på de ioniserte gasser og/eller partikler. Kraftens retning er bort fra toppsjiktet og virker dermed mot tyngdekraften. Det er oppstått en elektrisk svevekraft.

Ioniserte gasser og/eller partikler over vei, gate og plasser mm., har vist seg å representere en stadig økende helsefare. Oppfinnelsens hensikt er å regulere de ioniserte gasser og/eller partikler. Dette oppnås ved et elektrisk felt som settes opp mellom dekke som nevnt over og de ioniserte gasser og/eller partikler som skal reguleres, slik det er angitt i krav 1. De øvrige krav angir ytterligere fordelaktige trekk og utførelsesformer for oppfinnelsen.

Det er overraskende funnet at ved å anvende et dekke til vei, gate, plass med mer hvor i det minste toppsjiktet er elektrisk ladet og i elektrisk kontakt med jord eller en negativ spenningskilde, så vil positiv ladede gasser og positivt ladede støvpartikler tiltrekkes dekket. Dette betyr at skadelige og forurensende stoffer vil bindes til dekket. De positivt ladede gasser og/eller partikler vil dessuten nøytraliseres ved kontakt med det elektrisk ladede dekket. I tillegg vil et jordet dekke ikke opplades ved friksjon som skyldes rullende trafikk eller ved solbestråling og oppvarming og ionisering av luftmolekyler som strømmer fra dekket eller ved utvidelse og sammentrekning av et dekket. I tillegg vil redusert elektrisk friksjon mellom et kjøretøy og dekket kunne redusere kjøretøyets bensinforbruk og derved utslipp av avgasser.

Ved hjelp av oppfinnelsen er det oppnådd at avgasser og partikler fra forbrenningsmotorer samt støvpartikler istedenfor å sveve over et dekke, tiltrekkes dekket slik at luften over dekket forblir ren. Dette har stor betydning for arbeidet med å redusere forurensninger som bl.a. skyldes avgasser fra forbrenningsmotorer og oppfinnelsen har derfor stor miljømessig betydning. Store arealer av jordoverflaten er i dag dekket av en isolerende overflate som bitumen. Flaten er av en slik størrelse at den i tillegg til å ha betydning for miljøet kan ha betydning for klimaet og livet på jorden.

Grunnet forbrenning i industri og privathusholdninger og biltrafikk vil det danne seg store mengder ioniserte gasser og/eller partikler over veier, gater, plasser mm. På slike steder vil et elektrisk ladet dekke sette opp et elektrisk felt og dermed regulere mengden av helsefarlige ioniserte gasser og/eller partikler. Dekket lades opp ved at dagens bindemiddel, i det minste i et toppsjikt av dekket, tilsettes et ledende materiale som f.eks. karbonpulver. Deretter settes dekket i kontakt med jord eller en negativ spenningskilde. Dette gjør dekket til en katode i en kondensator hvor de positivt ladede ioniserte gasser og/eller partikler representerer anoden. Det elektriske felt som oppstår mellom anoden og katoden vil trekke de ioniserte gasser og/eller partikler mot toppsjiktet og dermed både nøytralisere disse og hindre disse i å sveve.

For å gjøre dekket elektrisk ladet kan det også benyttes et nett av ledende metall eller et piezoelektrisk materiale under toppsjiktet som settes i kontakt med jord eller en negativ spenningskilde. Det elektrisk ladete toppsjiktet kan også utgjøres av belegg som legges på toppen av hele eller deler av dekket, for eksempel i form av veioppmerking eller lignende.

Et elektrisk ladet dekke som er i elektrisk kontakt med jord vil være elektrisk nøytralt. Det vil ha evne til å avgi eller oppta elektroner og et kjøretøy vil ved friksjon som forårsakes av bilhjul forbli elektrisk nøytralt. Dette medfører at verken kjøretøy eller personer i kjøretøy vil lades og få en elektrisk spenning i forhold til omgivelsene. Man vil derfor unngå ubehagelige elektriske støt ved inn- og utstigning av et kjøretøy på grunn av potensialdifferanser som er vanlige når kjøretøy ferdes på vanlige isolerende dekker. På samme måte vil et elektrisk ledende dekke redusere faren for gnistdannelse som skyldes potensialdifferenser mellom et kjøretøy og dekke. Ulykker som kan oppstå ved antennelse av brennbare og eksplosive kjemi-kalier og gasser som transporteres på veier med elektrisk ledende dekke vil dermed reduseres.

Forskning har vist at bilsyke og tretthetsfølelse ved kjøreturer skyldes oppbygning av statiske elektriske felt i kjøretøyet. Dette vil reduseres ved anvendelse av elektrisk ladet dekke som er i elektrisk kontakt med jord og dermed er elektrisk nøytralt. Oppfinnelsen vil derfor også ha betydning for trafikksikkerheten.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli belyst nærmere under henvisning til tegninger som viser utførelsesformer av oppfinnelsen og som ikke er begrensende for oppfinnelsens ide.

Figur 1 og 2 viser henholdsvis snitt og oppriss av et elektrisk ledende dekke med jordingspunkter. Figur 3 og 4 viser henholdsvis snitt og oppriss av et elektrisk ledende dekke lagt som et toppsjikt på en eksisterende vei og med jordingspunkter. Figur 5 viser oppriss av et elektrisk ledende dekke hvor en spenningskilde er koblet mellom dekke og jordingspunkt. Figur 6a viser det elektrostatiske bilde uten bruk av foreliggende oppfinnelse. Figur 6b viser det elektrostatiske bildet ved bruk av foreliggende oppfinnelse Det vises nå til figurene 1 og 2 som illustrerer henholdsvis snitt og oppriss av et elektrisk ledende dekke 1 for vei, gate, plass hvor bindemidlet 2 er

elektrisk ledende. Det elektrisk ledende bindemidlet 2 omslutter et tilstats-materiale 3 som kan være sand grus eller stein med bestemte kornstørrelser. Vanligvis er dekket 1 lagt over grov stein eller pukklag som vil virke som er isolator. I moderne veibygging benyttes vanligvis isolasjon og slike plastlag vil være gode elektriske isolatorer. For å sikre god elektrisk kobling til jord vil det derfor være nødvendige med jordtilkoblinger i dekket 1. I dekket 1 er det lagt inn, med bestemte avstander, en eller flere uisolerte ledere 5. Lederen 5 kan også bestå av et fleksibelt uisolert metallnett av en viss bredde. Slike ledere 5 legges inn på tvers av lengderetningen av dekket 1 med bestemte avstander og tilkobles jord i jordingspunkt 6. Som jordingspunkt 6 kan anvendes jordspyd. I tillegg kan jordledere legges inn i lengderetningen av et dekke 1 som vist på figur 3 og 4.

På stedet hvor et elektrisk ledende dekke 1 er lagt over områder hvor under-laget har god elektrisk ledningsevne, slik at det vil virke som en jordtilkobling, vil jordingspunkter 6 være unødvendige og vil sløyfes.

I figurene 3 og 4 vises henholdsvis snitt og oppriss av en eksisterende vei, gate plass 10. På en eksisterende vei 10 er det lagt et elektrisk ledende dekke II som et toppsjikt. Det allerede eksisterende dekke 12 kan være av vanlig kommersiell type av bitumen, asfalt eller oljegrus, eller av betong. Ved å legge et elektrisk ledende dekke 11 i form av et toppsjikt på allerede eksisterende veier, gater, plasser som i dag har isolerende dekke 12, vil disse omdannes slik at de blir elektrisk ledende.

Det elektrisk ledende dekke 11 kan bestå av et elektrisk ledende bindemiddel 2 og kan anvendes med eller uten tilsatsmaterialer 3 som sand eller grus med en viss kornstørrelse. Dekket 11 kan legges direkte på den eksisterende veibanen 10 som et tynt toppsjikt med en tykkelse fra noen millimeter til flere centimeter. Dermed oppnås den fordelen at det elektrisk ledende dekket ikke forandrer den eksisterende veibanens 10 karakteristikk med hensyn til elastisitet og mekaniske egenskaper. Det er også mulig å la dette dekket 11 dekke kun deler av den eksisterende veien, for eksempel i form av veioppmerking. I et slikt tilfelle vil det i en foretrukket utførelse av oppfinnelsen benyttes i og for seg kjente materialer, eventuelt tilsatt et elektrisk ledende stoff som for eksempel et karbonpulver eller metallpulver.

På ett eller flere steder i det elektrisk ledende dekket 11 er det lagt inn en eller flere uisolerte elektriske ledere 5. Med bestemte avstander er lederen eller lederne tilkoblet jord i jordingspunkt 6. Som jordingspunkt kan det anvendes jordspyd. Også allerede eksisterende jordingspunkt kan anvendes. Avstanden mellom hvert jordingspunkt 6 er avhengig av om det benyttes ledere på en eller begge sider av dekket, av ledningsevnen i det elektrisk ledende dekket og av trafikkbelastningen på veien, gaten eller plassen, som vil avgjøre hvor stort volum avgass som må ledes til dekket og nøytraliseres pr. tidsenhet. Avstanden mellom hver jordtilkobling kan mest hensiktsmessig bestemmes ved målinger. Ved prøver er funnet at avstander fra 1 til 1000 meter kan anvendes, men mest foretrukket vil det benyttes avstander fra 20 til 200 meter.

Figur 5 viser oppriss av et elektrisk ledende dekke 1 for vei, gate, plass med mer, hvor bindemidlet 2 er elektrisk ledende. Det elektrisk ledende dekket 1 kan være lagt som en ny vei eller som et toppsjikt på en allerede eksisterende vei. I dekket 1 er det lagt inn en eller flere uisolerte ledere 5. Slike ledere kan legges inn både på langs og tvers av lengderetningen av dekket 1 og kobles til jord i jordingspunkt 6. Som jordingspunkt kan anvendes jordspyd. En likespenningskilde 7 er koblet i jordlederen 5 mellom dekket 1 og jordingspunkt 6. Spenningskilden 7 er koblet med den negative pol til dekket 1 og den positive pol til jordingspunktet 6. Dekket 1 får derved negativt potensiale i forhold til jord. Spenningen eller potensialforskjellen mellom dekket 1 og jord 6 er avhengig av hvor store volum avgass som må ledes til dekket og nøytraliseres pr. tidsenhet. Potensialforskjellen kan mest hensiktsmessig bestemmes ved målinger. Ved prøver er funnet at potensialforskjeller mellom 1 V og 1000 V kan anvendes, men mest foretrukket vil det benyttes potensialforskjeller mellom 1 V og 100 V.

For å oppnå et elektrisk ladet dekke for vei, gate, plass eller lignende, kan det anvendes en bindemiddelblanding som først og fremst består av bitumen tilsatt elektrisk ledende stoffer som karbonpulver eller metallpulver. Bitumen kan være tilsatt asfalt, steinkulltjære, bitumenpolymerer, plastmaterialer med mere. I foreliggende oppfinnelse er ordet bitumen anvendt for hoved-komponenten selv om bitumenet kan være tilsatt ovenfornevnte stoffer.

For å oppnå et elektrisk ladet dekke for veimerking på vei, gate, plass benyttes i og for seg kjente materialer som tilsettes et elektrisk ledende stoff som karbonpulver eller metallpulver.

Det er viktig at de materialer som anvendes for å gjøre bitumen elektrisk ledende er lett blandbare med bitumen og ikke forringer bitumenets egenskaper som bindemiddel i et dekke. Det er funnet at karbonpulver, som er et ledende materiale, har disse egenskaper. Alle typer karbonpulver kan anvendes, som carbon black, eller pulver av grafitt, kull, koks eller trekull. Karbonfibre kan også anvendes fordi de i tillegg til å gi elektrisk ledningsevne også vil gi bitumenblandingen stor mekanisk fasthet.

I tillegg til karbonpulver kan metallpulver anvendes enten alene eller sammen med karbonpulver. Spesielt anvendelige er metallpulver hvor metallkornene er utformet som flak eller som tynne fibre. Aluminiums-pigmenter i form av flak er et eksempel.

I et bindemiddel vil den elektriske ledningsevnen variere med mengden av iblandet karbonpulver. Den elektriske motstanden, som er den inverse verdi av ledningsevnen, er enklere å måle med kommersielle måleinstrumenter. Det er utført målinger som viser at den elektriske motstanden i et ledende dekke bør ligge innen de verdier som måles for prøver tatt av forskjellige typer jord. Jordprøver er målt fra 2 Mohm/cm til 50 Mohm/cm. Motstanden i jordprøver er sannsynligvis svært avhengig av fuktighetsinnholdet i prøven og av innhold i salter som er løselige i vann og danner ioner.

Det vises nå til figur 6, som illustrerer et eksempel på anvendelse av oppfinnelsen på en vei. Figur 6a viser det elektrostatiske bilde uten bruk av oppfinnelsen, hvor ioniserte gasser og/eller partikler 8 og veidekket 1 begge er positivt ladet og dermed frastøter hverandre. Figur 6b viser det elektrostatiske bildet ved bruk av foreliggende oppfinnelse. Dekket 1 forbindes via ledere 5 med jord 6 eller med den ene polen til en spenningskilde 7 hvis andre pol er forbundet med jord. Derved vil dekket 1 representere en katode og de ioniserte gasser og/eller partikler 8 representerer en anode. Til sammen vil de danne en kondensator. I feltet mellom anoden og katoden vil det oppstå et elektriske felt og dermed en elektrostatisk kraft på de ioniserte gasser og/eller partikler. Dette gjør at dekket virker tiltrekkende og hindrer svevestøv.

Det er utført forsøk som viser at ioniserte avgasser og partikler fra forbrenningsmotorer har en vesentlig lenger svevetid over et isolerende dekke enn over et elektrisk ledende dekke tilkoblet jord. Med svevetid menes i denne sammenheng den tid en gassblanding trenger for å gå over fra opprinnelig gassammensetning til den naturlig omdannes i omliggende luft eller den tid det tar før partikler faller til bakken.

To lukkede glasskasser ble fylt med et bestemt volum avgass fra forbrenningsmotor med kjent gass- og partikkelkonsentrasjon. Volumet ble målt til 50 liter og gassblandingen ble målt til : 18 vol-% O2, 0,9-vol% CO2, 0,5 vol-% CO og 350 ppm hydrokarboner og med N2som rest. En kasse var plassert på et elektrisk ledende dekke som ikke var tilført ladning. En kasse var plassert å et elektrisk ledende dekke tilkoblet jord. Målinger med ionemeter viste at gassen over et isolert dekke beholdt sin opprinnelige sammensetning i et mye lengre tidsrom enn gassen over et elektrisk ledende dekke. Svevetiden for ioniserte avgasser over det isolerende dekke var omtrent dobbelt så lang som svevetiden over et elektrisk ledende dekke koblet til jord. I dette forsøket var ikke tatt hensyn til at et isolerende dekke vanligvis vil ha en positiv ladning, noe som ville ha ført til at svevetiden for ionisert gass og partikler over et slikt dekke ville ha blitt betydelig lengre.

Det er utført målinger over forskjellige dekker med forskjellig elektrisk ledningsevne. Ledningsevnen har variert fra halvledende bindemiddel til dekke som består av en ledende plate. Forsøkene viser at ioniserte gasser og partiklers svevetid reduseres når den elektriske ledningsevnen i et dekke øker.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for å regulere konsentrasjonen av ladet ionisert gass og/eller partikler over vei, gate, plass eller lignende,karakterisert vedat et elektrisk felt settes opp mellom nevnte ioniserte gass og/eller partikler og et dekke (1; 11) over slik vei, gate, plass, ved at i det minste en del av toppsjiktet av nevnte dekke (1; 11) lades opp elektrisk eller gis et ønsket elektrisk potensiale, og at dette elektrisk ladede toppsjiktet forbindes med jord eller med den ene polen på en spenningskilde (7) hvis andre pol forbindes med jord, slik at nevnte ioniserte gass og partikler vil tiltrekkes, frastøtes, eller i det minste falle ned mot, nevnte dekke (1; 11).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat det i det minste i toppsjiktet til nevnte dekke (1) benyttes et bindemiddel (2) som er elektrisk ledende og som omslutter et tilsatsmateriale (3) i form av sand, grus eller stein.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert vedat det som nevnte bindemiddel (2) benyttes et kommersielt tilgjengelig bindemiddel som kan bestå av bitumen, asfalt, steinkulltjære, bitumenpolymerer, plastmaterialer m.m., og som er tilsatt et elektrisk ledende stoff.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert vedat nevnte elektrisk ledende stoff inneholder karbonpulver og/eller metallpulver.

5. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat den nevnte forbindelse til jord eller til den ene polen på en spenningskilde (7) oppnås ved at det legges inn uisolerte, elektriske ledere (5) i nevnte toppsjikt og at dette på ett eller flere steder forbindes med jord eller med nevnte ene pol på nevnte spenningskilde (7).

6. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat nevnte toppsjikt utgjøres av et belegg (11) som legges på toppen av hele eller deler av dekket (12), for eksempel i form av veioppmerking eller lignende.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert vedat nevnte belegg (11) består av i og for seg kjente materialer som eventuelt tilsettes et elektrisk ledende stoff.