專利名稱：太陽能光電互補(bǔ)道路除冰融雪控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于道路的除冰融雪系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著自然環(huán)境的變化，近年來因全球惡劣天氣造成的環(huán)境影響越來越明顯，特別 是在冬季，氣候寒冷的地區(qū)，冰雪天氣時常出現(xiàn)，因此要保證人們的正常出行，道路的除冰 融雪，尤其是高速公路的除冰融雪是必不可少的工程之一。目前用于道路除冰融雪的主要 方式是在道路上有冰雪堆積的時候采取處理措施，處理措施一種是通過播撒食鹽或化學(xué)藥 品進(jìn)行冰雪處理，另外一種是運(yùn)用機(jī)械進(jìn)行冰雪處理，無論采取那種處理措施都需要消耗 大量的人力、物力和財力，不僅容易對環(huán)境造成污染，還必然大大增加成本。另外采用這些 處理措施都是在積雪堆積到一定厚度或出現(xiàn)結(jié)冰時才會使用，這就無法對道路的情況進(jìn)行 勘察，因此也就不能保證工作人員的安全。由于采用這些措施通常是在白天，這就必然會存在一個最大的、也是最為棘手的 問題就是，道路上常出現(xiàn)“夜凍晝化”的現(xiàn)象，這會使路面變得更加光滑，車輛幾乎無法行 使，也是對行人和行車產(chǎn)生危害最大的情形。因此，如何將道路的事后除冰融雪變?yōu)槭孪鹊?預(yù)防結(jié)冰，開發(fā)一種能夠預(yù)防道路結(jié)冰的系統(tǒng)，是目前我國道路需要亟待解決的重大問題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠在寒冷季節(jié)預(yù)防道路結(jié)冰的系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是太陽能光電互補(bǔ)道路除冰融雪控制系統(tǒng)，包括中央處理器、太陽能光伏接收模塊、 光電轉(zhuǎn)換控制模塊、環(huán)境監(jiān)測模塊、電源控制模塊以及鋪設(shè)在道路地表下的加熱裝置，所述 太陽能光伏接收模塊通過光電轉(zhuǎn)換控制模塊與電源控制模塊連接，電源控制模塊的輸出端 與加熱裝置的輸入端連接，中央處理器分別與太陽能光伏接收模塊、光電轉(zhuǎn)換控制模塊、環(huán) 境監(jiān)測模塊以及加熱裝置通過數(shù)據(jù)總線連接。所述加熱裝置的改進(jìn)在于所述加熱裝置為電纜狀，包括位于裝置中心的將電能 轉(zhuǎn)換為熱能的鐵芯、繞制在鐵芯外層的電感線圈、敷設(shè)在電感線圈外層的地線，所述鐵芯、 電感線圈、地線之間設(shè)置有隔離膜；加熱裝置的最外層設(shè)置有屏蔽層。所述加熱裝置的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述加熱裝置的電源輸入端與電感線圈之間設(shè) 置有控制電路。上述加熱裝置的改進(jìn)還在于所述加熱裝置的中心設(shè)置有至少一根鐵芯，所述鐵 芯為鐵錳合金絲。當(dāng)中心設(shè)置有多根鐵芯時，各鐵芯間設(shè)置有用于絕緣各鐵芯的絕緣層。本發(fā)明所述環(huán)境監(jiān)測模塊的改進(jìn)在于所述環(huán)境監(jiān)測模塊包括溫度測試儀和濕度 測試儀。本發(fā)明的工作原理如下所述
本發(fā)明的加熱裝置、太陽能光伏接收模塊以及光電轉(zhuǎn)換控制模塊可根據(jù)道路的距 離分段鋪設(shè)在地表下，而環(huán)境檢測模塊和中央處理器可以設(shè)置在道路表面以便實時測量道 路環(huán)境。本發(fā)明在工作時，中央處理器根據(jù)環(huán)境監(jiān)測模塊采集的道路表面的溫度和濕度綜 合判斷是否啟動其他模塊進(jìn)行工作，當(dāng)需要工作時，太陽能光伏接收模塊接收太陽光的照 射，光電轉(zhuǎn)換控制模塊通過光生伏特效應(yīng)原理將太陽能電轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為電能，然后傳輸給電 源控制模塊，同時電源控制模塊也會接通交流電源；電源控制模塊根據(jù)優(yōu)先級首先將太陽 能光伏轉(zhuǎn)換的電能施加到加熱裝置，當(dāng)太陽能光伏轉(zhuǎn)換的電能不足時，啟動交流電源對加 熱裝置供電。當(dāng)加熱裝置得電后，由控制電路將工頻交流電變成直流電，繼而再轉(zhuǎn)換成頻率為 20-40kHz的中高頻電壓，高速變化的電流流過電感線圈產(chǎn)生高速變化的磁場，當(dāng)磁場內(nèi)的 磁力線通過鐵芯切割交變磁力線，而在鐵芯內(nèi)部產(chǎn)生交變的電流(即渦流)，渦流使鐵分子 高速無規(guī)則運(yùn)動，分子互相碰撞、摩擦而產(chǎn)生熱能，最終將熱能傳遞到道路的地表上，達(dá)到 防止道路結(jié)冰積雪的目的。本發(fā)明在夏季以及道路不需要加熱的情況下時，可以通過中央處理器控制其停止 工作，光電轉(zhuǎn)換控制模塊所產(chǎn)生的電能可以存儲在蓄電池內(nèi)或者并網(wǎng)輸給國家公共電網(wǎng)。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明所取得技術(shù)進(jìn)步在于本發(fā)明具有熱效率高，節(jié)約能源、運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)。采用太陽能光伏發(fā)電和市 電供應(yīng)的雙重能源的設(shè)置，能夠在太陽光充足的條件下啟動系統(tǒng)工作，如遇太陽能不足時 可直接啟動交流電源供電，充分保證了本發(fā)明工作的可靠性。更重要的是采用本發(fā)明不僅 能夠在寒冷的季節(jié)有效預(yù)防道路結(jié)冰積雪，減少交通事故的發(fā)生，提高道路安全性；而且還 不會對道路以及行人車輛產(chǎn)生腐蝕，從而減輕冬季道路養(yǎng)護(hù)對環(huán)境所產(chǎn)生的負(fù)面影響。本發(fā)明中的加熱裝置具有升溫速度較快、溫度均勻、調(diào)控和維修方便、節(jié)約能源等 優(yōu)點(diǎn)。由于鐵芯采用的材質(zhì)以及加熱裝置中各個隔離層的設(shè)置，使其穩(wěn)定性能較高，由于道 路地表層及混凝土層蓄熱量大，因此其熱穩(wěn)定性能較好，即使在寒冷的冬季，溫度的變化也 很緩慢。本發(fā)明使用壽命較長，將其埋入道路的地表下，不老化，不腐蝕，如采用50°C低溫發(fā) 熱、無人為破壞情況下，使用壽命與路面同步。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明所述加熱裝置的橫截面示意圖。其中1.鐵芯，2.電感線圈，3.地線，4.隔離膜，5.屏蔽層，6.絕緣層。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖1為一種太陽能光電互補(bǔ)道路除冰融雪控制系統(tǒng)，包括中央處理器、太陽能光 伏接收模塊、光電轉(zhuǎn)換控制模塊、環(huán)境監(jiān)測模塊、電源控制模塊以及加熱裝置。太陽能光伏 接收模塊通過光電轉(zhuǎn)換控制模塊與電源控制模塊連接，電源控制模塊的輸出端與加熱裝置 的輸入端連接，中央處理器分別與太陽能光伏接收模塊、光電轉(zhuǎn)換控制模塊、環(huán)境監(jiān)測模塊 以及加熱裝置通過數(shù)據(jù)總線連接。
鋪設(shè)在道路地表下的呈電纜狀的加熱裝置包括鐵芯1、電感線圈2和地線3。其橫 截面示意圖如圖2所示，鐵芯位于加熱裝置的中心，用于將電能轉(zhuǎn)換為熱能；電感線圈繞制 在鐵芯的外層；地線敷設(shè)在電感線圈的外層；鐵芯、電感線圈、地線之間設(shè)置有隔離膜4。加 熱裝置的中心設(shè)置有三根鐵芯，各鐵芯之間設(shè)置有絕緣層6，鐵芯為鐵錳合金絲。加熱裝置 的電源輸入端與電感線圈之間設(shè)置有控制電路，用于電流的轉(zhuǎn)換。加熱裝置的最外層設(shè)置 有屏蔽層5。系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測模塊包括溫度測試儀和濕度測試儀，溫度測試儀用于測量地表溫 度，濕度測試儀用于監(jiān)測道路表面濕度。本系統(tǒng)是在道路的建設(shè)階段，在道路地表下層安裝本系統(tǒng)，然后再鋪設(shè)路面。其加 熱裝置、環(huán)境檢測模塊和中央處理器可以設(shè)置在道路表面以便實時測量道路環(huán)境，太陽能 光伏接收模塊以及光電轉(zhuǎn)換控制模塊可根據(jù)道路的距離分段鋪設(shè)在道路的路肩。道路上裝 設(shè)的多個中央處理器可根據(jù)需要進(jìn)行整條道路的聯(lián)網(wǎng)設(shè)置，方便計算機(jī)遠(yuǎn)程控制。本系統(tǒng)在夏季時可以通過中央處理器控制其停止工作，其他季節(jié)則處于工作狀 態(tài)。本發(fā)明在工作時，中央處理器根據(jù)環(huán)境監(jiān)測模塊采集的道路表面的溫度和濕度綜合判 斷是否啟動其他模塊進(jìn)行工作，當(dāng)需要工作時，太陽能光伏接收模塊接收太陽光的照射，光 電轉(zhuǎn)換控制模塊通過光生伏特效應(yīng)原理將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，然后傳輸給電源控制模塊， 同時電源控制模塊也會接通交流電源；電源控制模塊根據(jù)優(yōu)先級首先將太陽能轉(zhuǎn)換的電能 施加到加熱裝置，當(dāng)太陽能轉(zhuǎn)換的電能不足時，啟動交流電源對加熱裝置供電。當(dāng)加熱電路裝置得電后，由控制電路將太陽能光伏發(fā)出的直流電，再轉(zhuǎn)換成頻率 為20-40kHz的中高頻電壓；而市電的交流電則通過降壓、整流轉(zhuǎn)換成直流電。高速變化的 電流流過電感線圈產(chǎn)生高速變化的磁場，當(dāng)磁場內(nèi)的磁力線通過鐵芯切割交變磁力線，而 在鐵芯內(nèi)部產(chǎn)生交變的電流(即渦流)，渦流使鐵分子高速無規(guī)則運(yùn)動，分子互相碰撞、摩 擦而產(chǎn)生熱能，最終將熱能傳遞到道路的地表上，達(dá)到防止道路結(jié)冰積雪的目的，減少交通 事故的發(fā)生，提高道路安全性；而且還不會對道路以及行人車輛產(chǎn)生腐蝕，減輕道路采用化 學(xué)除冰融雪材料對環(huán)境所產(chǎn)生的負(fù)面影響。
權(quán)利要求
太陽能光電互補(bǔ)道路除冰融雪控制系統(tǒng)，其特征在于包括中央處理器、太陽能光伏接收模塊、光電轉(zhuǎn)換控制模塊、環(huán)境監(jiān)測模塊、電源控制模塊以及鋪設(shè)在道路地表下的加熱裝置，所述太陽能光伏接收模塊通過光電轉(zhuǎn)換控制模塊與電源控制模塊連接，電源控制模塊的輸出端與加熱裝置的輸入端連接，中央處理器分別與太陽能光伏接收模塊、光電轉(zhuǎn)換控制模塊、環(huán)境監(jiān)測模塊以及加熱裝置通過數(shù)據(jù)總線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能光電互補(bǔ)道路除冰融雪控制系統(tǒng)，其特征在于所述 加熱裝置為電纜狀，包括位于裝置中心的將電能轉(zhuǎn)換為熱能的鐵芯(1)、繞制在鐵芯外層的 電感線圈(2)、敷設(shè)在電感線圈外層的地線(3)，所述鐵芯、電感線圈、地線之間設(shè)置有隔離 膜(4)；加熱裝置的最外層設(shè)置有屏蔽層(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能光電互補(bǔ)道路除冰融雪控制系統(tǒng)，其特征在于所述 加熱裝置的電源輸入端與電感線圈之間設(shè)置有控制電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能光電互補(bǔ)道路除冰融雪控制系統(tǒng)，其特征在于所述 加熱裝置的中心設(shè)置有至少一根鐵芯，所述鐵芯為鐵錳合金絲。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能光電互補(bǔ)道路除冰融雪控制系統(tǒng)，其特征在于所述 環(huán)境監(jiān)測模塊包括溫度測試儀和濕度測試儀。
全文摘要
本發(fā)明公開了太陽能光電互補(bǔ)道路除冰融雪控制系統(tǒng)，包括中央處理器、太陽能光伏接收模塊、光電轉(zhuǎn)換控制模塊、環(huán)境監(jiān)測模塊、電源控制模塊以及鋪設(shè)在道路地表下的加熱裝置；太陽能光伏接收模塊通過光電轉(zhuǎn)換控制模塊與電源控制模塊連接，電源控制模塊的輸出端與加熱裝置的輸入端連接，中央處理器分別與其他模塊通過數(shù)據(jù)總線連接。本發(fā)明具有熱效率高，節(jié)約能源、運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，可通過遠(yuǎn)程計算機(jī)控制，根據(jù)道路實際情況自動控制該系統(tǒng)的工作，同時采用太陽能光伏發(fā)電和市電電能雙重能源的設(shè)置，能夠在寒冷的季節(jié)有效預(yù)防道路結(jié)冰積雪，減少交通事故的發(fā)生，提高道路安全性。
文檔編號H02N6/00GK101979770SQ20101029407
公開日2011年2月23日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者王士元, 王川, 王茜 申請人:保定維特瑞交通設(shè)施工程有限責(zé)任公司