本實用新型涉及一種碳纖維柔性發(fā)熱線和碳纖維除雪裝置，特別涉及一種利用太陽能或風能供電、可智能控溫、模塊化結構的碳纖維融雪除雪裝置。

背景技術：

目前，隨著農業(yè)生產的發(fā)展，溫室蔬菜大棚的數目越來越多，但是在我國北方地區(qū)，尤其是東北部地區(qū)，冬季的嚴寒氣候以及降雪天氣嚴重，蔬菜大棚在冬季的積雪嚴重影響了棚內的透光性和保溫性，不利于喜好陽光的蔬菜作物的生長，且如果降雪堆積嚴重將對大棚總體的強度和剛度受到影響。

目前農業(yè)大棚的除雪多為手工作業(yè)，根據相關數據顯示，對于一個150米長的大棚，除雪工作需要五個人花費3-4個小時才能完成。除雪時間比較長，而且會造成其他屋面的積雪清掃的延遲，還會影響到溫室大棚草簾的快速卷起，減少了農作物正常的光照時間影響農作物的生長。更重要的是，白天光照時間短，會造成晚上棚內溫度繼續(xù)降低，造成蔬菜作物生長緩慢，甚至有被凍死的可能，造成直接或間接的經濟損失。目前溫室大棚的機械化除雪主要是采用融雪管，在雨槽下安裝融雪管，提高大棚內溫度的同時，融化屋面的積雪，但這種方法融雪時間長，耗能大，并且投資和運行費用均比較高。而且融雪管大都采用金屬材質，自重較大，會給大棚的整體結構強度帶來很大的挑戰(zhàn)。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的以上技術問題，本實用新型的一個目的是提供一種碳纖維柔性發(fā)熱線。該發(fā)熱線采用多層套管編織結構，具有較好的融雪效率，并具有投資和運行費用低的優(yōu)勢。

本實用新型的第二個目的是提供一種外置式碳纖維除雪裝置，該除雪裝置中，碳纖維柔性發(fā)熱線的分布面積及位置可根據棚面融雪溫度要求靈活調整，可以有效保證晝夜之間棚頂面積棚側壁的穩(wěn)定控溫融雪，可適用于不同環(huán)境的智能控溫融雪。

為了解決以上技術問題，本實用新型的技術方案為：

一種碳纖維發(fā)熱線，為三層套管編織結構，從內到外依次為碳纖維復合芯層、碳纖維紅外發(fā)熱層和耐水耐溫樹脂層；其中，所述碳纖維復合芯層由碳纖維樹脂基復合材料制備而成；所述碳纖維紅外發(fā)熱層包括用于發(fā)熱的碳纖維長絲和用于將碳纖維長絲固定的定型膠黏劑層。

優(yōu)選的，所述碳纖維復合芯層采用棒狀連續(xù)結構，直徑為0.5-2mm。復合芯層為連續(xù)長度，并且可以任意彎曲定型。碳纖維復合芯層起到支撐定型的作用。

優(yōu)選的，所述碳纖維復合芯層中的碳纖維為T300、T700或T800中的一種或多種。

優(yōu)選的，所述碳纖維復合芯層中的碳纖維采用多股繩編織結構。

繩狀芯層的股數及單股纖維的K數根據力學性能要求靈活選擇。

進一步優(yōu)選的，所述碳纖維復合芯層中的樹脂基體為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂或不飽和聚酯樹脂中的一種或多種的混合物。

更進一步優(yōu)選的，所述碳纖維復合芯層中樹脂的含量為2-25％。(％，為質量百分數)

優(yōu)選的，所述碳纖維柔性紅外發(fā)熱層中的定型膠黏劑的含量為5-10％。(％，為質量百分數)

進一步優(yōu)選的，所述碳纖維柔性紅外發(fā)熱層中的碳纖維長絲為T300、T700或T800中的一種或多種的組合。

更進一步優(yōu)選的，所述碳纖維柔性紅外發(fā)熱層中的碳纖維采用筒狀編織結構。編織中間層的股數及單股纖維的K數根據發(fā)熱溫度需要靈活調整。

優(yōu)選的，所述耐水耐溫樹脂層采用硅膠或聚氨酯制備而成。樹脂層采用筒狀結構，其耐熱溫度不低于50℃，

進一步優(yōu)選的，所述耐水耐溫樹脂層中添加有5-15％的碳纖維長絲。碳纖維長絲為導熱劑，可以將熱量及時導出，避免熱量的損失。碳纖維長絲為T300、T700或T800等中的一種或多種組合。

一種外置式碳纖維除雪裝置，包括導水槽、若干條上述碳纖維發(fā)熱線和供電設備，所述導水槽采用導熱材料制備而成，所述碳纖維發(fā)熱線分布在導水槽的本體內部，碳纖維發(fā)熱線通過導線與所述供電設備連接。

優(yōu)選的，所述導水槽采用熱塑性導熱硅膠制備而成。導熱硅膠可以將碳纖維發(fā)熱絲產生的熱量及時傳遞出來，將更多的雪融化，融化得到的水在導水槽中收集，被導水槽導送到設定的蓄水裝置中。同時，熱量可以對大棚內部起到加熱作用，提高大棚的內部溫度。

導熱硅膠質地軟，可以適應于不同的場所，如大棚棚頂或大棚的側面。

優(yōu)選的，所述碳纖維發(fā)熱線在導水槽本體內部的布置方式為：網格狀、折線狀或螺旋盤繞狀。

碳纖維發(fā)熱線與導水槽之間的連接端采用彈簧繞線接頭?？梢员ＷC電熱線在彈簧的彈力作用下保持伸長的狀態(tài)。

優(yōu)選的，所述導水槽的本體內部還設置有溫度傳感器，溫度傳感器緊靠碳纖維發(fā)熱線設置。

進一步優(yōu)選的，所述溫度傳感器的溫度精度為0.001-0.1℃。

優(yōu)選的，所述碳纖維發(fā)熱線的接線端采用彈簧壓片式結構。

接線端采用彈簧壓片式結構以保證端頭較低的接觸電阻和連接緊密性。

優(yōu)選的，所述供電設備為太陽能電池板或風力發(fā)電機。

太陽能電池板可采用單晶硅或多晶硅兩種類型，風力發(fā)電機可采用水平軸或垂直軸結構，其中太陽能極板的面積以及風力發(fā)電機的結構根據融雪功率要求靈活調整，供電裝置配合蓄電池等儲能裝置，以保證穩(wěn)定夜間供電。

本實用新型的有益效果為：

1)碳纖維屬于純黑體材料，在電熱轉換過程中的可見光極低，電熱轉換效率在99％以上，與金屬加熱器相比節(jié)能達到30％以上。碳纖維作為發(fā)熱體在加熱時可發(fā)射出波長在2-15微米的紅外線，碳纖維作為發(fā)熱體所發(fā)出的遠紅外線可較好的被人體、農作物、土壤以及冰雪等介質吸收，在熱傳遞過程中的熱量損失較小。因此，利用碳纖維作為發(fā)熱體制備蔬菜作物大棚的融雪加溫裝置具有較好的除雪效果。除此之外，碳纖維屬于柔性纖維材料，可根據大棚棚面的結構和導水槽結構靈活設計柔性加熱線的排布，以滿足不同蔬菜大棚外型結構的要求。同時碳纖維柔性加熱線制備的除雪裝置可配置太陽能或風能等綠色供電系統(tǒng)作為加熱能源供給，根據除雪融雪的溫度要求合理保證冰雪高效融化，同時碳纖維屬于耐腐蝕較強的材料，該除雪用碳纖維加熱柔性裝置可配置在棚外環(huán)境而不受冰凍和風沙雨水環(huán)境的侵蝕影響。

2)采用三層結構的碳纖維發(fā)熱線內埋方式，芯部可有效實現加熱系統(tǒng)的均勻結構布置和構型穩(wěn)定，發(fā)熱線中間層可有效進行遠紅外加熱以保證除雪棚頂面及側壁的溫度，再者發(fā)熱線表面樹脂層可有效保護內部柔性碳纖維電熱線，同時通過導熱改性碳纖維(改性后熱導率提高)的添加，可提高表面層的耐溫、耐水及導熱等綜合性能。

3)采用棚面導水槽框架模塊，保證碳纖維發(fā)熱線的電氣裝配過程中的結構穩(wěn)定性；同時通過導水槽結合碳纖維發(fā)熱線內埋結構，在靠近碳纖維發(fā)熱線的部位埋入感溫元件，以實時控制除雪裝置的內部溫度。

4)采用綠色供電及儲能系統(tǒng)的配置，可有效保證夜間無陽光環(huán)境下的除雪裝置加溫和控溫的穩(wěn)定性，節(jié)約能源。

附圖說明

圖1是碳纖維發(fā)熱線的結構示意圖；

圖2是碳纖維導水槽裝置框架模塊示意圖；

圖3是碳纖維加溫裝置的整體結構布置示意圖。

其中，1、碳纖維復合芯層，2、碳纖維紅外發(fā)熱層，3、耐水耐溫樹脂層，4、碳纖維發(fā)熱線，5、彈簧連接端子，6、第一引線端，7、導水槽，8、第二引線端，9、排線，10、彈簧壓片，11、碳纖維導水槽整體結構，12、引線，13、供電設備，14、儲能裝置。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。

如圖1所示，一種碳纖維發(fā)熱線，為三層套管編織結構，從內到外依次為碳纖維復合芯層1、碳纖維紅外發(fā)熱層2和耐水耐溫樹脂層3；其中，所述碳纖維復合芯層1由碳纖維樹脂基復合材料制備而成；所述碳纖維紅外發(fā)熱層2包括用于發(fā)熱的碳纖維長絲和用于將碳纖維長絲固定的定型膠黏劑層。

所述碳纖維復合芯層采用棒狀連續(xù)結構，直徑為0.5-2mm，其中的碳纖維為T300、T700或T800中的一種或多種，碳纖維采用多股繩編織結構。樹脂基體為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂或不飽和聚酯樹脂中的一種或多種的混合物。碳纖維復合芯層中樹脂的含量為2-25％。(％，為質量百分數)

所述碳纖維柔性紅外發(fā)熱層中的定型膠黏劑的含量為5-10％，(％，為質量百分數)，其中的碳纖維長絲為T300、T700或T800中的一種或多種的組合。所述碳纖維柔性紅外發(fā)熱層中的碳纖維采用筒狀編織結構。編織中間層的股數及單股纖維的K數根據發(fā)熱溫度需要靈活調整。

所述耐水耐溫樹脂層采用硅膠或聚氨酯制備而成。樹脂層采用筒狀結構，其耐熱溫度不低于50℃，耐水耐溫樹脂層中添加有5-15％的碳纖維長絲。碳纖維長絲為導熱劑，可以將熱量及時導出，避免熱量的損失。碳纖維長絲為T300、T700或T800等中的一種或多種組合。

如圖2和圖3所示，一種外置式碳纖維除雪裝置，包括導水槽7、若干條上述碳纖維發(fā)熱線和供電設備13，所述導水槽7采用導熱材料制備而成，所述碳纖維發(fā)熱線分布在導水槽7的本體內部，碳纖維導水槽整體結構11中的碳纖維發(fā)熱線通過引線12與所述供電設備13連接。

所述導水槽7采用熱塑性導熱硅膠制備而成。導熱硅膠可以將碳纖維發(fā)熱絲產生的熱量及時傳遞出來，將更多的雪融化，融化得到的水在導水槽中收集，被導水槽導送到設定的蓄水裝置中。同時，熱量可以對大棚內部起到加熱作用，提高大棚的內部溫度。導熱硅膠質地軟，可以適應于不同的場所，如大棚棚頂或大棚的側面。

所述碳纖維發(fā)熱線在導水槽7本體內部的布置方式為：網格狀、折線狀或螺旋盤繞狀。

碳纖維發(fā)熱線與導水槽7之間的連接端采用彈簧連接端子5?？梢员ＷC碳纖維發(fā)熱線在彈簧連接端子5的彈力作用下保持伸長的狀態(tài)。

所述導水槽7的本體內部還設置有溫度傳感器，溫度傳感器緊靠碳纖維發(fā)熱線設置。溫度傳感器的溫度精度為0.001-0.1℃。所述碳纖維發(fā)熱線的接線端采用彈簧壓片10式結構。所述供電設備13為太陽能電池板或風力發(fā)電機，并配合儲能裝置14使用。

碳纖維發(fā)熱線4通過第一引線端6和第二引線端8與排線9連接，排線9的接線端為彈簧壓片10。

實施例1

(1)碳纖維發(fā)熱線的制備。采用三層套管編織結構制備發(fā)熱線，采用棒狀結構的T300碳纖維樹脂基復合材料制備直徑為0.5mm的多股繩編織連續(xù)長度發(fā)熱線芯層，多股繩為股數為4股，單股采用3K纖維，芯層樹脂基體為含量2％的環(huán)氧樹脂；采用T700碳纖維長絲與含量為5％的高溫定型膠黏劑復合制備筒狀編織中間層，編織股數為8股，單股采用3K碳纖維；最外表面采用耐熱溫度不低于50℃的柔性耐溫硅膠筒狀結構，柔性樹脂層中添加含量5％的短切T700碳纖維長絲。

(2)融雪除雪導水槽模塊框架的裝配及發(fā)熱線構型設計。采用網格狀、折線狀、螺旋盤繞狀結構布置導水槽模塊框架，將布置好的發(fā)熱線埋入導水槽導熱硅膠內部與水槽連接成整體，連接端采用彈簧繞線接頭?？蚣苣K接線端采用并聯方式，將布置好碳纖維發(fā)熱線的框架模塊進行連接，接線端采用彈簧壓片式結構。同時在框架模塊的特定部位布置感溫元件，感溫元件的布置位置靠緊發(fā)熱線表面，溫度精度為0.1℃，感溫探頭的布置密度為10個/m²。

(3)碳纖維綠色供電及儲能系統(tǒng)配制。采用面積為5m²的單晶硅太陽能極板作為大棚面除雪裝置的供電設備，采用水平軸結構風力發(fā)電機作為蔬菜大棚面除雪裝置的供電設備，發(fā)電功率為5KW，供電裝置配合蓄電池以保證穩(wěn)定夜間供電。利用該實施例的碳纖維除雪加溫裝置，可保證棚頂蔬菜作物的表面溫度不低于35℃。

實施例2

(1)碳纖維紅外發(fā)熱線的制備。采用三層套管編織結構制備發(fā)熱線，采用棒狀結構的T800碳纖維樹脂基復合材料制備直徑為2mm的多股繩編織連續(xù)長度發(fā)熱線芯層，多股繩為股數為4股，單股采用3K纖維，芯層樹脂基體為含量25％的酚醛樹脂；采用T300碳纖維長絲與含量10％的高溫定型膠黏劑復合制備筒狀編織中間層，編織股數為8股，單股采用3K碳纖維；最外表面采用耐熱溫度不低于50℃的柔性耐溫聚氨酯筒狀結構，柔性樹脂層中添加含量15％的短切T700碳纖維長絲。

(2)融雪除雪導水槽模塊框架的裝配及發(fā)熱線構型設計。采用網格狀、折線狀、螺旋盤繞狀結構布置導水槽模塊框架，將布置好的發(fā)熱線埋入導水槽導熱硅膠內部與水槽連接成整體，連接端采用彈簧繞線接頭。框架模塊接線端采用并聯方式，將布置好碳纖維發(fā)熱線的框架模塊進行連接，接線端采用彈簧壓片式結構。同時在框架模塊的特定部位布置感溫元件，感溫元件的布置位置靠緊發(fā)熱線表面，溫度精度為0.01℃，感溫探頭布置密度為15個/m²。

(3)碳纖維綠色供電及儲能系統(tǒng)配制。采用面積為5m²的單晶硅太陽能極板作為大棚面除雪裝置的供電設備，采用水平軸結構風力發(fā)電機作為蔬菜大棚面除雪裝置的供電設備，發(fā)電功率為15KW，供電裝置配合蓄電池以保證穩(wěn)定夜間供電。利用該實施例的碳纖維除雪加溫裝置，可保證棚頂蔬菜作物的表面溫度不低于45℃。

實施例3

(1)碳纖維紅外發(fā)熱線的制備。采用三層套管編織結構制備發(fā)熱線，采用棒狀結構的T800碳纖維樹脂基復合材料制備直徑為1mm的多股繩編織連續(xù)長度發(fā)熱線芯層，多股繩為股數為8股，單股采用6K纖維，芯層樹脂基體為含量12％的不飽和聚酯樹脂；采用T800碳纖維長絲與含量8％的高溫定型膠黏劑復合制備筒狀編織中間層，編織股數為10股，單股采用3K碳纖維；最外表面采用耐熱溫度不低于50℃的柔性耐溫硅膠筒狀結構，柔性樹脂層中添加含量12％的短切T700碳纖維長絲。

(2)融雪除雪導水槽模塊框架的裝配及發(fā)熱線構型設計。采用網格狀、折線狀、螺旋盤繞狀結構布置導水槽模塊框架，將布置好的發(fā)熱線埋入導水槽導熱硅膠內部與水槽連接成整體，連接端采用彈簧繞線接頭?？蚣苣K接線端采用并聯方式，將布置好碳纖維發(fā)熱線的框架模塊進行連接，接線端采用彈簧壓片式結構。同時在框架模塊的特定部位布置感溫元件，感溫元件的布置位置靠緊發(fā)熱線表面，溫度精度為0.02℃，感溫探頭布置密度為20個/m²。

(3)碳纖維綠色供電及儲能系統(tǒng)配制。采用面積為5m²的單晶硅太陽能極板作為大棚面除雪裝置的供電設備，采用水平軸結構風力發(fā)電機作為蔬菜大棚面除雪裝置的供電設備，發(fā)電功率為10KW，供電裝置配合蓄電池以保證穩(wěn)定夜間供電。利用該實施例的碳纖維除雪加溫裝置，可保證棚頂蔬菜作物的表面溫度不低于38℃。

實施例4

(1)碳纖維紅外發(fā)熱線的制備。采用三層套管編織結構制備發(fā)熱線，采用棒狀結構的T300碳纖維樹脂基復合材料制備直徑為1.5mm的多股繩編織連續(xù)長度發(fā)熱線芯層，多股繩為股數為6股，單股采用3K纖維，芯層樹脂基體為含量8％的環(huán)氧樹脂；采用T700碳纖維長絲與含量7％的高溫定型膠黏劑復合制備筒狀編織中間層，編織股數為10股，單股采用3K碳纖維；最外表面采用耐熱溫度不低于50℃的柔性耐溫聚氨酯筒狀結構，柔性樹脂層中添加含量13％的短切T800碳纖維長絲。

(2)融雪除雪導水槽模塊框架的裝配及發(fā)熱線構型設計。采用網格狀、折線狀、螺旋盤繞狀結構布置導水槽模塊框架，將布置好的發(fā)熱線埋入導水槽導熱硅膠內部與水槽連接成整體，連接端采用彈簧繞線接頭。框架模塊接線端采用并聯方式，將布置好碳纖維發(fā)熱線的框架模塊進行連接，接線端采用彈簧壓片式結構。同時在框架模塊的特定部位布置感溫元件，感溫元件的布置位置靠緊發(fā)熱線表面，溫度精度為0.05℃，感溫探頭布置密度為20個/m²。

(3)碳纖維綠色供電及儲能系統(tǒng)配制。采用面積為5m²的單晶硅太陽能極板作為大棚面除雪裝置的供電設備，采用水平軸結構風力發(fā)電機作為蔬菜大棚面除雪裝置的供電設備，發(fā)電功率為8KW，供電裝置配合蓄電池以保證穩(wěn)定夜間供電。利用該實施例的碳纖維除雪加溫裝置，可保證棚頂蔬菜作物的表面溫度不低于35℃。

上述雖然結合附圖對本實用新型的具體實施方式進行了描述，但并非對實用新型保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍內。