專利名稱：太陽能光伏融雪路面裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及交通安全領(lǐng)域，具體是在雪天環(huán)境下利用太陽能技術(shù)融化路面積
雪的裝置。
背景技術(shù)：
國內(nèi)外交通部門一直非常重視季凍和寒冷地區(qū)路面的交通事故和抗滑問題，尤其是在路面積雪結(jié)冰地區(qū)，并作了大量研究，探索出多種抑制路面積雪結(jié)冰的方法。目前國內(nèi)外常用的融雪化冰方法包括清除法和融化法。清除法又可分為人為清除法和機(jī)械清除法兩種；融化法包括化學(xué)融化法和熱融化法。具體可以分為以下幾點(diǎn)。1、撒布融雪劑該方法是國際上較常用的一種路面除冰雪的手段，通過在路面上撒布化學(xué)藥劑來降低冰雪融點(diǎn)，使冰雪融化，進(jìn)而清除積雪和積冰。國內(nèi)外常用的融冰雪劑主要有鹽類和醇類。從實(shí)際使用效果來看，在一定的環(huán)境條件下，撒布融雪劑可以有效清除道路冰雪， 改善道路安全狀況，提高道路運(yùn)輸效率。但是，醇類融雪劑的除冰雪效果受環(huán)境溫度影響較大，并具有反結(jié)冰現(xiàn)象，即一旦環(huán)境溫度下降，被融化的積雪會再凍結(jié)成冰，使路面更滑，交通事故率更高。如果環(huán)境溫度過低或降雪量過大，融雪劑自身很難快速溶解、融化，須借助車輛輪胎的碾壓作用，所以融冰雪持續(xù)時間長，效果差，導(dǎo)致綜合成本大幅度升高。絕大多數(shù)的鹽類融雪劑產(chǎn)品都存在腐蝕性，易腐蝕破壞道路結(jié)構(gòu)和機(jī)動車輛，還會對土壤、水體和大氣等造成污染，破壞生態(tài)環(huán)境。根據(jù)美國的一項(xiàng)統(tǒng)計(jì)報(bào)告，在每年使用 1000萬噸融雪劑的情況下，會對道路、車輛造成四億 59億美元的損失，對停車場造成 0. 75億 1. 5億美元的損失，導(dǎo)致5% 10%的植物病變甚至枯死。另外，融雪劑的使用曾造成北京2003年有4000多棵大樹和4萬多株灌木死亡，草地受害面積達(dá)3萬多平方米，直接經(jīng)濟(jì)損失1500多萬元。這種方法對冰雪清除較徹底，但效率低，費(fèi)用高，作業(yè)時影響車輛通行及行車安全，不能長時間作業(yè)，適用于雪量較小時或重點(diǎn)難點(diǎn)路段的冰雪清除。2、撒布砂石材料在冰雪路面上撒布一定粒徑的砂石材料，如砂、石屑、爐灰、煤渣和砂鹽混合料等， 能提高冰雪路面的摩擦系數(shù)。砂石的存在一方面使冰雪層的凍結(jié)強(qiáng)度不均勻，另一方面，砂石在冰雪層的運(yùn)動使得雪不易壓實(shí)，達(dá)到了抗滑的目的。該方法對積雪清除較徹底，但效率低、費(fèi)用高、影響交通通行及行車安全、且不能長時間作業(yè)，主要適用于小雪及難點(diǎn)路段的積雪清除，且該方法是被動方式操作，具有滯后性。3、機(jī)械清除方法機(jī)械清除法由于采用機(jī)械設(shè)備(機(jī)械車輛鏟、推、掃等)故設(shè)備效率高，適合于大面積機(jī)械化清除作業(yè)，但當(dāng)氣溫較低時，由于冰與路面之間的粘結(jié)力較大，單獨(dú)使用機(jī)械除雪效果并不好，對冰面清除不徹底，不能從根本上解決路面的抗滑能力，行車安全得不到有效保障。而機(jī)械吹雪方式雖然除雪安全環(huán)保，但只適用于機(jī)場等便于管理、較小范圍、未經(jīng)碾壓過、厚度較薄的路面積雪，一般是邊下雪邊作業(yè)，機(jī)械需求量大、費(fèi)用高，而且積雪一旦被碾壓或結(jié)冰則無能為力，該方式不適合交通量較大的公路和城市道路除雪?？梢?，機(jī)械式除雪需要大量的人力、物力和設(shè)備，且屬于被動式滯后操作，需要一定時間才能使交通恢復(fù)正常，且除雪機(jī)械受季節(jié)影響強(qiáng)、使用頻率低、經(jīng)濟(jì)效益較差。4、熱力融冰雪方法此種方法利用熱水、燃?xì)狻㈦姷犬a(chǎn)生的熱量使冰雪融化，如噴灑熱水法、噴灑融雪劑法、汽車加熱-機(jī)械融化法等。此類方法融雪化冰雖效果較好，但這些方法往往耗能較大，且融化的雪水進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)時會將路表的灰塵等雜質(zhì)帶入，在路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部積存，進(jìn)而堵塞孔隙，致使排水不暢，影響雪水的排除。5、自應(yīng)力路面抑制冰雪技術(shù)主要通過在路面鋪裝材料內(nèi)添加一定量的彈性顆粒材料，改變路面與輪胎的接觸狀態(tài)和路面的變形特性，利用彈性材料局部變形能力較強(qiáng)的特性，通過路面在外荷載作用下產(chǎn)生的自應(yīng)力，使路面冰雪破碎融化，從而有效抑制路面積雪和結(jié)冰。此類技術(shù)中常用的彈性材料多為由廢舊輪胎加工而成的橡膠顆粒。這不但可以有效提高路面的除冰雪能力， 提高道路安全性能和運(yùn)輸效率，而且為廢舊彈性材料的回收利用提供科學(xué)、合理的新途徑， 利于環(huán)境保護(hù)，節(jié)省資源。這是一種被動融雪方式，融雪的效果不太好。6、導(dǎo)電鋪面融冰雪技術(shù)在路面鋪裝材料中摻入聚合物類、碳類或金屬類導(dǎo)電摻合料，使高絕緣性的路面鋪裝材料具備熱和電的感知和轉(zhuǎn)換能力，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，熱能通過鋪面材料與冰雪的接觸面向上傳導(dǎo)，冰雪吸收熱量后溫度逐漸升高，實(shí)現(xiàn)融雪(冰)的目的，該方法耗能較大， 路面絕緣材料的研究和應(yīng)用也沒有完成，其研究和推廣值得進(jìn)一步的探討和升華。7、能量轉(zhuǎn)化型融冰雪技術(shù)能量轉(zhuǎn)化型融冰雪技術(shù)是通過能量轉(zhuǎn)化設(shè)備，將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為熱能，達(dá)到融雪(冰)的目的。可以利用的能量主要有工業(yè)電能、太陽能和地?zé)岬榷喾N能量。該項(xiàng)技術(shù)可以提高能源利用率，而且清潔環(huán)保，適合于機(jī)場、橋面和高速公路的長大縱坡等局部路段的融冰雪的需要。常見的有發(fā)熱電纜法、紅外線熱源法、儲蓄地?zé)嵩礋峁苋诨?、太陽能熱管法等，由于受能量來源的限制，利用土壤源熱管和太陽能電管的融冰雪技術(shù)正逐步成為研究熱點(diǎn)。土壤源熱管融冰雪技術(shù)是在路(橋)面內(nèi)埋置熱管，利用土壤源熱管，經(jīng)地下?lián)Q熱器從地下提取熱土壤中的低位熱能，經(jīng)熱管提升后，通過水泵把溫度較高的流體輸送到路(橋)面內(nèi)的排管里面。高溫?zé)崃黧w在排管內(nèi)流動時，把熱量通過對流換熱方式，傳入路 (橋)面。當(dāng)路(橋)面的溫度達(dá)到o°c以上時，其表面上的冰雪就會融化，從而達(dá)到融雪 (冰)的目的。而太陽能電能融雪化冰路面技術(shù)，是利用太陽能儲存轉(zhuǎn)換系統(tǒng)給埋置在路面中的電管加熱，在規(guī)定的不影響交通安全的時間內(nèi)，使路面積攢的冰雪迅速融化，從而達(dá)到路面除冰雪的目的。現(xiàn)有的融雪技術(shù)主要有通過機(jī)械鏟雪吹雪，融雪劑等方法，具有環(huán)境破壞性及融雪滯后性。另外還有采用工業(yè)電能和地源熱泵融雪，其成本較高。[0024]
實(shí)用新型內(nèi)容為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型提供了一種太陽能光伏融雪路面裝置，該裝置將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，再將電能轉(zhuǎn)化為熱能，則可以有效融化路面積雪。一種太陽能光伏融雪路面裝置，該實(shí)用新型的技術(shù)方案是其由太陽能發(fā)電系統(tǒng)、 路面加熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。所述控制系統(tǒng)包括溫度測量儀、熱電偶和溫度控制開關(guān)，熱電偶與溫度測量儀連接，溫度測量儀和溫度控制開關(guān)連接，路面加熱系統(tǒng)主要包括加熱管， 加熱管通過溫度控制開關(guān)與太陽能發(fā)電系統(tǒng)連接。所述控制系統(tǒng)的溫度控制范圍在2度到6度之間。該裝置的工作原理是太陽能發(fā)電系統(tǒng)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，路面加熱系統(tǒng)將電能轉(zhuǎn)化為熱能，給路面加熱提高路面溫度進(jìn)行融雪；控制系統(tǒng)對太陽能發(fā)電系統(tǒng)和路面加熱系統(tǒng)進(jìn)行控制，使太陽能光伏融雪路面裝置更加有效。
圖1為太陽能發(fā)電系統(tǒng)示意圖；圖2為路面加熱系統(tǒng)示意圖；圖3為太陽能光伏融雪路面裝置總示意圖。圖中，1為加熱管電源，2為加熱管，3為路面。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池方陣、控制器、蓄電池組、直流-交流逆變器、直流負(fù)載和交流負(fù)載組成。太陽能電池以把光能轉(zhuǎn)換成電能的最小單位的太陽能電池單體為基片，太陽能電池單體一般是邊長為10 15cm的硅板上形成PN結(jié)的半導(dǎo)體的一種。因?yàn)樘柲茈姵貑误w本身的工作電壓約為0. 45 0. 50V，工作電流為20 25mA/cm2，一般不能單獨(dú)作為電源使用。將太陽能電池單體進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)并封裝后，就成為太陽能電池組件。當(dāng)單個太陽能電池組件不能滿足要求時，將太陽能電池組件經(jīng)過串聯(lián)、并聯(lián)并裝在支架上，就構(gòu)成了太陽能電池方陣，以得到所需的輸出功率而滿足負(fù)載。控制器是指充放電控制器，其能自動防止蓄電池組過充電和過放電的設(shè)備，一般還具有簡單的測量功能。蓄電池組經(jīng)過過充電和過放電會嚴(yán)重影響其性能和壽命，所以充放電控制器是不可缺少的。蓄電池組的作用是貯存太陽能電池方陣受光照時所發(fā)出的電能，并隨時向負(fù)載供 H1^ ο直流-交流逆變器的作用是用于轉(zhuǎn)換直流或者交流負(fù)載。直流負(fù)載或者交流負(fù)載在本技術(shù)方案中是指加熱系統(tǒng)中的加熱管。如圖2所示，路面加熱系統(tǒng)為路面3內(nèi)埋設(shè)加熱管2或發(fā)熱電纜，為了結(jié)構(gòu)和安全起見，采用加熱管2，加熱管2電壓一般為IlOV或220V，與逆變器輸出電壓相同，可以為一頭出線或兩頭出線，加熱管2通過加熱管電源1供電。如圖3所示，一種太陽能光伏融雪路面裝置，其主要由太陽能發(fā)電系統(tǒng)、路面加熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。所述控制系統(tǒng)包括溫度測量儀、熱電偶和溫度控制開關(guān)，熱電偶與溫度測量儀連接，溫度測量儀和溫度控制開關(guān)連接，路面加熱系統(tǒng)主要包括加熱管，加熱管通過溫度控制開關(guān)與太陽能發(fā)電系統(tǒng)連接。[0043]其中，控制系統(tǒng)包括一個溫度測量儀，用于測量熱電偶，熱電偶可采用K或者T型， 一個溫度控制開關(guān)，其可以在一定溫度區(qū)間內(nèi)開關(guān)輸出電源。溫度控制開關(guān)設(shè)置為2 6°C，在路面上埋設(shè)熱電偶，熱電偶與控制系統(tǒng)相連，加熱管電源與控制系統(tǒng)輸出電源相連，這樣就可以由路面溫度控制加熱管的加熱時間，達(dá)到節(jié)約能量的作用。室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)路面溫度必須達(dá)到某一定值Q 6°C )時系統(tǒng)才開始化雪，這一溫度值可以作為系統(tǒng)的控制值。在沒有下雪時將路面加熱到2°C后，繼續(xù)加熱，當(dāng)路面溫度達(dá)到6°C時停止加熱，當(dāng)路面溫度低于2°C時又開始加熱，保持路面溫度在2V以上， 充分發(fā)揮預(yù)熱融雪，使路面保持在不能積雪的溫度以上，這樣有雪即化，可以節(jié)約能量和及時化雪，保證路面常年不積雪，達(dá)到實(shí)時化雪結(jié)果。
權(quán)利要求1.太陽能光伏融雪路面裝置，其特征在于所述裝置由太陽能發(fā)電系統(tǒng)、路面加熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成；所述控制系統(tǒng)包括溫度測量儀、熱電偶和溫度控制開關(guān)，熱電偶與溫度測量儀連接，溫度測量儀和溫度控制開關(guān)連接，路面加熱系統(tǒng)主要包括加熱管，加熱管通過溫度控制開關(guān)與太陽能發(fā)電系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能光伏融雪路面裝置，其特征在于所述控制系統(tǒng)的溫度控制范圍在2度到6度之間。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種太陽能光伏融雪路面裝置，其主要由太陽能發(fā)電系統(tǒng)、路面加熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。所述控制系統(tǒng)包括溫度測量儀、熱電偶和溫度控制開關(guān)，熱電偶與溫度測量儀連接，溫度測量儀和溫度控制開關(guān)連接，路面加熱系統(tǒng)主要包括加熱管，加熱管通過溫度控制開關(guān)與太陽能發(fā)電系統(tǒng)連接。該裝置將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，再將電能轉(zhuǎn)化為熱能，可以有效融化路面積雪。
文檔編號G05D23/22GK202041865SQ20102062366
公開日2011年11月16日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者劉迎文, 喻林青, 夏旺民, 尉學(xué)勇, 賈志裕 申請人:西安中交公路巖土工程有限責(zé)任公司