CN108677650B - 冰雪融化装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种冰雪融化装置与方法，涉及路面清理领域。该冰雪融化装置与方法通过利用主控制器在接收到冰/雪检测模块传输的结冰/积雪信号后，控制加热装置发热，并在路面温度大于冰雪熔点或加热装置的温度大于预设定的阈值时，控制加热装置停止加热，利用该冰雪融化装置与方法对冰雪进行融化，对环境没有污染，节能环保，并且无需人工操作以及管控运维，节省了人力成本，并且故障率低，使用寿命长，也不会因为高温造成路面受损，可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及路面清理领域，具体而言，涉及一种冰雪融化装置与方法。
背景技术
我国北方地区，尤其是东北地区和内蒙古北部地区，常常出现道路结冰和积雪现象。而我国南方地区，降雪一般为“湿雪”，往往属于0～4℃的混合态水，落地便成冰水浆糊状，一到夜间气温下降，就会凝固成大片冰块，只要当地冬季最低温度低于0℃，就有可能出现道路结冰现象，只要温度不回升到足以使冰层解冻，就将一直坚如磐石。道路结冰和积雪会严重影响交通，并且容易引起安全事故，因此需要人们将积雪和结冰进行融化。
在道路冰雪环境中消除冰雪的传统方式是喷洒融冰剂或融雪剂，此类方式会对环境造成长期且较大负面影响，不够环保；且当温度低于融冰剂或融雪剂使用下限时则融冰或融雪剂也将失效，冰雪融化效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冰雪融化装置与方法，其旨在改善上述的问题。
第一方面，本发明实施例一种冰雪融化装置，所述冰雪融化装置包括冰/雪检测模块、主控制器、第一温度传感器、第二温度传感器以及铺设于路面下方的加热装置，所述主控制器分别与所述冰/雪检测模块、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述加热装置电连接；
所述冰/雪检测模块用于检测结冰/积雪信号；
所述第一温度传感器用于采集加热装置的温度；
所述第二温度传感器用于采集路面温度；
所述主控制器用于在接收到所述冰/雪检测模块传输的结冰/积雪信号后，控制所述加热装置发热，并在路面温度大于冰雪熔点或加热装置的温度大于预设定的阈值时，控制所述加热装置停止加热。
第二方面，本发明实施例提供了一种冰雪融化方法，应用于冰雪熔化装置，所述冰雪融化装置包括冰/雪检测模块、主控制器、第一温度传感器、第二温度传感器以及铺设于路面下方的加热装置，所述主控制器分别与所述冰/雪检测模块、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述加热装置电连接，所述冰雪融化方法包括：
利用所述冰/雪检测模块检测结冰/积雪信号；
利用所述第一温度传感器采集加热装置的温度；
利用所述第二温度传感器采集路面温度；
利用所述主控制器在接收到所述冰/雪检测模块传输的结冰/积雪信号后，控制所述加热装置发热，并在路面温度大于冰雪熔点或加热装置的温度大于预设定的阈值时，控制所述加热装置停止加热。
本发明提供的冰雪融化装置与方法的有益效果是：通过利用主控制器在接收到冰/雪检测模块传输的结冰/积雪信号后，控制加热装置发热，并在路面温度大于冰雪熔点或加热装置的温度大于预设定的阈值时，控制加热装置停止加热，利用该冰雪融化装置与方法对冰雪进行融化，对环境没有污染，节能环保，并且无需人工操作以及管控运维，节省了人力成本，并且故障率低，使用寿命长，也不会因为高温造成路面受损，可靠性高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的冰雪融化装置的电路连接框图；
图2为本发明实施例提供的加热装置安装于路下的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的加热网的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的冰雪融化方法的流程图。
图标：101-冰/雪检测模块；102-主控制器；103-第一温度传感器；104-第二温度传感器；105-加热装置；106-导电经线；107-导电纬线；108-路面。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
请参阅图1，本发明实施例提供了一种冰雪融化装置，冰雪融化装置包括冰/雪检测模块101、主控制器102、第一温度传感器103、第二温度传感器104以及铺设于路面下方的加热装置105，主控制器102分别与冰/雪检测模块101、第一温度传感器103、第二温度传感器104、加热装置105电连接。
本实施例中，对加热装置105的安装可以依照如下方式进行：
如图2所示，使用宽度为1米的路面108铣刨机沿路面108车道两侧的分道线内侧50厘米作为边线各铣刨一条宽度为一米，深度不小于3厘米凹槽，凹槽连续长度随工程需要而定；本实施例中，连续铣刨的凹槽长度可以为50米；每隔25米再沿断面铣刨一条宽度为一米的凹槽至路侧或隔离带或贯通道路断面，在纵向凹槽内分组设置加热网，本实施例中，可以沿每25米铺设一个加热装置105，则50米铺设两个加热装置105。
冰/雪检测模块101用于检测结冰/积雪信号。
其中，冰/雪检测模块101均安装于路面108。
冰/雪检测模块101可以包括结冰传感器，结冰传感器为光学式结冰传感器、电学式结冰传感器、机械式结冰传感器。
冰/雪检测模块101还可以包括积雪检测模块，积雪检测模块包括控制板、至少两个光信号发射单元以及与光信号发射单元数量相等的光信号接收单元，每两个光信号发射单元之间均具有高度差，且每个光信号发射单元与一个光信号接收单元相对设置，每个光信号发射单元、每个光信号接收单元均与控制板电连接。控制板用于若相邻高度的两个光信号接收单元仅有一个光信号接收单元接收到光信号，则分别依据相邻高度的两个光信号接收单元的高度计算出积雪深度。当积雪深度大于0时，则说明有积雪。
第一温度传感器103用于采集加热装置105的温度。
第一温度传感器103安装于加热装置105。
第二温度传感器104用于采集路面108温度。
第二温度传感器104安装于路面108。
主控制器102用于在接收到冰/雪检测模块101传输的结冰/积雪信号后，控制加热装置105发热，并在路面108温度大于冰雪熔点或加热装置105的温度大于预设定的阈值时，控制加热装置105停止加热。
本实施例中，加热装置105可以采用加热网，其中，如图3所示，加热网包括多根沿路面108延伸方向布局的导电经线106和多根沿路面108断面方向延伸的导电纬线107，其中，多根沿路面108延伸方向布局的导电经线106、多根沿路面108断面方向延伸的导电纬线107至少之一用于作为加热装置105发热。
其中，作为加热装置105的导电经线106和/或导电纬线107可以采用但不限于导电性良好的加热电缆、电热丝、电热棒、电热片、石墨烯棒，具体形态及长度根据使用要求设定或调整。具体布置时，可以在路面108基础层(路面108表层以下的位置)铺设加热装置105后再在加热装置105上面覆盖罩面(也称路面108耐磨层或路面108表层)，加热装置105在路面108表层下工作后所产生的热量通过覆盖罩面传导使路面108发热，从而实现融冰融雪功能。
需要说明的是，多根导电纬线107可以并联或串联，多根导电经线106并联。具体地，低电压供电加热时采用纬线并联加热方案，中、高压电压供电时采用经线并联加热或纬线串联和经线并联加热结合的供电方案；平面均衡融冰雪加热时，可采用纬线并联加热方案。本实施例中，供电电压越低则安全系数越高，但是在相同功率情况下电压降低以后的电流会同步增加，随之配置成本及配置难度也会同步增加，所以在实施时可根据需要选择供电电压：本实施例中，低压供电是指在72V以下，72V～220V则称为中压供电，220V以上则称为高压供电。
作为加热装置105的导电经线106和/或导电纬线107与多根导热线绞合而成加热传导绳，且加热传导绳的断面截面积远大于独立的导电纬线107和导电经线106，与地面的接触面积也比电热丝大，此时被加热的加热传导绳会更容易的把热量传导给地面。
另外，无论采用交流还是直流供电，供电电源任意一极对地电位差均采用悬浮方式，连接加热装置105的供电电源无公共接地点；加热装置105与供电电源之间的接线端采用防水及对地绝缘的接线方式连接。
每根导电经线106和每根导电纬线107均被标记有编号，主控制器102用于分别周期性地间隔控制位于奇数编号、位于偶数编号的多根导电经线106和/或多根导电纬线107发热。由于同时对所有的导电经线106或导电纬线107进行加热需要消耗很大的功率，需要的设备的成本很高，可以利用上述的方式对加热装置105的奇数编号和偶数编号的导电纬线107和/导电经线106进行控制，从而减少同一时间的输出功率。
由于过高的温度差会导致加热网故障或导致路面108受损，因此，主控制器102用于当加热装置105的温度与路面108温度的温度差在预设定阈值范围以外时，控制加热装置105停止加热，预设定阈值范围可以为，例如，5～35摄氏度范围内。
另外，主控制器102还用于通过调节输出的控制信号的占空比或输出电压的大小以调节加热装置105的发热温度。
本实施例中，由于路基材料中石块或混凝土的热容量非常高，道路建设中会包含大量的石块或混凝土材料，加热装置105在对路面108进行加热的同时按照热传导原理，在热阻值近似的环境下，热源会优先向温度最低的方向扩散，最后会以热源为中心形成较为均衡的热递减分布，加热过程中较大部分热量会以热能的形式被存储在路基材料中；停止加温后，由于路面108的散热会显著高于道路其他部位，此时路面108温度会先于道路其他部位降低，当道路其它部位的温度高于路面108时，就会向路面108传递热能。据此，冰雪融化装置对路面108的加热可以采用峰谷电的方式进行。
经发明人试验，在一个单向双车道的高速公路设置铺设一段加热网，在两车道路面108的路宽约8米，当采用导电纬线107并联构成加热装置105时，在车辙位置设置宽度各为1米的双车辙加热带，导电纬线107和导电经线106采用铁铬铝丝材料制作，导热纬线的长度1米，多根纬线排列间隔距离35厘米，周期性地间隔控制位于奇数编号、位于偶数编号的多根导电纬线107发热，供电电压使用36V～48V直流可调电压，加热网全网对大地绝缘，供电站之间的间隔距离10米，每个供电站采用至少具有双组输出，供电采用共负极，将二条车辙的加热网近端并联，二条车辙加热网的远端分别使用二组供电电源的正极连接，电源对地悬浮。主控制器102使用PWM控制加热网加热功率，在供电时通过控制脉宽方式对10米距离内的二个车辙加热网进行分时供电(奇数编号的纬线与偶数编号的纬线分时供电)。此时，单向每10米双车辙的加热面积S合计为20平方米，若环境温度W为-20摄氏度时，融化路面108冰雪所需加热的总输入功率P＝500*S20＝10000W/小时。单侧双车道同时融冰雪时：融化路面108冰雪所需加热的总输入功率P＝500*S20*2＝20000W/小时；融冰雪完成以后如需继续维持路面108无冰雪状态则需要继续对路面108进行加热，仍然以-20摄氏度环境温度为例，加热面积也同上，维持单车道所需的加热功率是P350*S20＝7000W/小时；双车道则乘2，无需人工操作，对环境无污染，可靠性高。
请参阅图4，本发明实施例还提供了一种冰雪融化方法，应用于上述实施例的冰雪熔化装置，所述冰雪融化方法包括：
步骤S401：利用冰/雪检测模块101检测结冰/积雪信号。
步骤S402：利用第一温度传感器103采集加热装置105的温度。
步骤S403：利用第二温度传感器104采集路面108温度。
步骤S404：利用主控制器102在接收到冰/雪检测模块101传输的结冰/积雪信号后，控制加热装置105发热，并在路面108温度大于冰雪熔点或加热装置105的温度大于预设定的阈值时，控制加热装置105停止加热。
综上所述，本发明提供的冰雪融化装置与方法，通过利用主控制器在接收到冰/雪检测模块传输的结冰/积雪信号后，控制加热装置发热，并在路面温度大于冰雪熔点或加热装置的温度大于预设定的阈值时，控制加热装置停止加热，利用该冰雪融化装置与方法对冰雪进行融化，对环境没有污染，节能环保，并且无需人工操作以及管控运维，节省了人力成本，并且故障率低，使用寿命长，也不会因为高温造成路面受损，可靠性高。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种冰雪融化装置，其特征在于，所述冰雪融化装置包括冰/雪检测模块、主控制器、第一温度传感器、第二温度传感器以及铺设于路面下方的加热装置，所述主控制器分别与所述冰/雪检测模块、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述加热装置电连接；
所述冰/雪检测模块用于检测结冰/积雪信号；
所述第一温度传感器用于采集加热装置的温度；
所述第二温度传感器用于采集路面温度；
所述主控制器用于在接收到所述冰/雪检测模块传输的结冰/积雪信号后，控制所述加热装置发热，并在路面温度大于冰雪熔点或加热装置的温度大于预设定的阈值时，控制所述加热装置停止加热；
其中，所述加热装置为加热网，所述加热网包括多根沿路面延伸方向布局的导电经线和多根沿路面断面方向延伸的导电纬线，所述加热装置为低电压供电加热时采用纬线并联加热，中、高压电压供电加热时采用经线并联加热或纬线串联和经线并联加热结合，平面均衡融冰雪加热时采用纬线并联加热；
所述加热装置铺设于路面基础层，所述加热装置上设置有覆盖罩面并通过所述覆盖罩面传导热量使路面发热。
2.根据权利要求1所述的冰雪融化装置，其特征在于，多根沿路面延伸方向布局的导电经线、多根沿路面断面方向延伸的导电纬线至少之一用于作为加热装置发热。
3.根据权利要求1所述的冰雪融化装置，其特征在于，多根所述导电纬线并联或串联，多根导电经线并联。
4.根据权利要求1所述的冰雪融化装置，其特征在于，作为加热装置的导电经线和/或导电纬线与多根导热线绞合而成加热传导绳。
5.根据权利要求1所述的冰雪融化装置，其特征在于，每根导电经线和每根导电纬线均被标记有编号，所述主控制器用于分别周期性地间隔控制位于奇数编号、位于偶数编号的多根导电经线和/或多根导电纬线发热。
6.根据权利要求1所述的冰雪融化装置，其特征在于，所述主控制器用于当加热装置的温度与路面温度的温度差在预设定阈值范围以外时，控制所述加热装置停止加热。
7.根据权利要求1所述的冰雪融化装置，其特征在于，所述主控制器还用于通过调节输出的控制信号的占空比或输出电压的大小以调节加热装置的发热温度。
8.根据权利要求1所述的冰雪融化装置，其特征在于，所述冰/雪检测模块为结冰传感器，所述结冰传感器为光学式结冰传感器、电学式结冰传感器、机械式结冰传感器。
9.根据权利要求1所述的冰雪融化装置，其特征在于，所述冰/雪检测模块为积雪检测模块，所述积雪检测模块包括控制板、至少两个光信号发射单元以及与所述光信号发射单元数量相等的光信号接收单元，每两个所述光信号发射单元之间均具有高度差，且每个所述光信号发射单元与一个所述光信号接收单元相对设置，每个所述光信号发射单元、每个所述光信号接收单元均与所述控制板电连接。
10.一种冰雪融化方法，其特征在于，应用于冰雪熔化装置，所述冰雪融化装置包括冰/雪检测模块、主控制器、第一温度传感器、第二温度传感器以及铺设于路面下方的加热装置，所述主控制器分别与所述冰/雪检测模块、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述加热装置电连接，所述冰雪融化方法包括：
利用所述冰/雪检测模块检测结冰/积雪信号；
利用所述第一温度传感器采集加热装置的温度；
利用所述第二温度传感器采集路面温度；
利用所述主控制器在接收到所述冰/雪检测模块传输的结冰/积雪信号后，控制所述加热装置发热，并在路面温度大于冰雪熔点或加热装置的温度大于预设定的阈值时，控制所述加热装置停止加热；
其中，所述加热装置为加热网，所述加热网包括多根沿路面延伸方向布局的导电经线和多根沿路面断面方向延伸的导电纬线，所述加热装置为低电压供电加热时采用纬线并联加热，中、高压电压供电加热时采用经线并联加热或纬线串联和经线并联加热结合，平面均衡融冰雪加热时采用纬线并联加热；
所述加热装置铺设于路面基础层，所述加热装置上设置有覆盖罩面并通过所述覆盖罩面传导热量使路面发热。
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