CN219410908U - 一种公路边坡全自动防结冰融雪装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种公路边坡全自动防结冰融雪装置，属于交通工程技术领域，包括电热板，电热板底部与电热导水槽连接，电热板、电热导水槽均与中央控制器连接，中央控制器还与水流传感器、温度传感器和雨雪传感器连接；所述电热导水槽包括第一电热膜，第一电热膜顶部贴附外层蒙皮，第一电热膜底部贴附于保温材料顶部，所述电热导水槽横向为U型形状，电热导水槽纵向为波纹状。

Description

一种公路边坡全自动防结冰融雪装置

技术领域

本实用新型属于交通工程技术领域，具体涉及一种公路边坡全自动防结冰融雪装置。

背景技术

这里的陈述仅提供与本实用新型相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

山区、丘陵区的公路、铁路边坡常常遭受地下水作用，特别是暴雨、久雨渗入边坡而不能及时排出时，易导致边坡失稳并造成严重灾害。为此，边坡工程除了采取针对性的加固处理措施外，都布置了表面排水或深层排水措施，其中仰斜排水孔的应用非常广泛。

实际工程运行表明，仰斜排水孔在边坡治理工程中发挥出出色的排水作用。同时发明人发现，冬天北方的排水孔因天气原因易出现孔口结冰的现象，日积月累，排出的水在边坡上形成巨大的冰块。此现象在公路边坡的背阴面更加严重，这会直接缩短挡土边坡以及边沟盖板的使用寿命；同时一旦结冰蔓延至行车车道，极易造成交通事故，后果不堪设想。为此有必要采取相应措施治理边坡结冰和积雪问题。

经查阅，国内外没有有效的边坡防结冰处理方法。但在隧道口以及路面工程领域的防冰、除冰技术已经比较成熟，主要方法有涂撒防结冰剂法、电极加热法以及超疏水涂层处理法等。

涂撒防结冰剂法是在结冰处涂撒防结冰剂以降低冰点，该方法需人工涂撒且治标不治本，并不适合边坡除冰。电极加热法是将电极打入结构内或将电热器贴在结构表面，通以低压电流，通过电能转化成热能以提高构筑物表面温度，实现防冰目的，该方法在隧道口处应用效果明显，但边坡并非纯混凝土硬化结构，不适合在边坡内打入电极或贴电热器，同时边坡面积巨大，采用该方法的造价过高。超疏水涂层处理法是将超疏水材料喷涂至结构表面，形成的疏水膜能有效减少水的附着以及冰、雪在其表面的聚集以达到防止固体表面结冰；而边坡的大部分为土壤表面，无法通过喷涂疏水材料形成隔离层，因此，超疏水涂层处理法无法应用于边坡防冰。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种公路边坡全自动防结冰融雪装置，该装置可以有效解决边坡结冰积雪的问题，延长了边坡混凝土结构与边沟盖板的服役寿命。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本实用新型提供了一种公路边坡全自动防结冰融雪装置，包括电热板，电热板底部与电热导水槽连接，电热板、电热导水槽均与中央控制器连接，中央控制器还与水流传感器、温度传感器和雨雪传感器连接；所述电热导水槽包括第一电热膜，第一电热膜顶部贴附外层蒙皮，第一电热膜底部贴附于保温材料顶部，所述电热导水槽横向为U型形状，电热导水槽纵向为波纹状。

作为进一步的技术方案，所述电热板包括第二电热膜，第二电热膜贴附于光面蒙皮底部，第一电热膜、第二电热膜均与中央控制器连接。

作为进一步的技术方案，所述水流传感器安装于公路边坡排水斜孔孔口处，以监测排水斜孔是否有水排出。

作为进一步的技术方案，所述温度传感器安装于电热导水槽的外侧且非阴面，以监测公路边坡的温度变化。

作为进一步的技术方案，所述雨雪传感器安装于电热导水槽侧边，以监测雨雪天气。

作为进一步的技术方案，所述中央控制器固定于光伏板支座，光伏板支座侧部设置延迟开关，延迟开关和中央控制器连接。

作为进一步的技术方案，所述光伏板支座顶部固定设置光伏板，光伏板和蓄电池连接，蓄电池和第一电热膜、第二电热膜连接。

作为进一步的技术方案，所述蓄电池固定于光伏板底部。

作为进一步的技术方案，所述电热板沿公路边坡坡面铺设，公路边坡坡底设置过渡区，过渡区连接边坡与边沟，电热导水槽设置于过渡区处。

作为进一步的技术方案，所述电热导水槽侧部设置导水槽保护边。

上述本实用新型的有益效果如下：

本实用新型的防结冰融雪装置，通过光伏板与蓄电池配合实现了电热膜工作所需电能自主供应，实现了整套装置的全程自动化运行，无需消耗燃料或架设输电线路，省去人工更换电池的流程，解放了生产力，同时光伏发电无污染排放、无公害，能源质量更高，也更加绿色、低碳、环保。

本实用新型的防结冰融雪装置，通过电热板、电热导水槽的设置，由中央控制器根据各传感器监测的情况对电热膜进行自动精准开关与控温，有效地解决了边坡结冰积雪的问题，延长了边坡混凝土结构与边沟盖板的服役寿命，提高了行车安全。

本实用新型的防结冰融雪装置，电热导水槽设置成波纹状，在导流的同时可有效延缓水流速度，防止水流速度过快冲至行车路面，实现融雪、融冰与融水导流的结合。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型防结冰融雪装置截面示意图；

图2为本实用新型背阴面防结冰融雪装置设置示意图；

图3为本实用新型阳面防结冰融雪装置设置示意图；

图4为本实用新型电热导水槽横向截面示意图；

图5为本实用新型光伏板及其支座正面示意图；

图6为本实用新型电热导水槽纵向截面局部放大示意图；

图7为本实用新型电热板结构截面示意图；

图8为本实用新型防结冰融雪装置工作流程图；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；

其中，1--公路边坡，2--边坡排水斜孔，3--电热板，4--过渡区，5--边沟盖板，6--温度传感器，7--水流传感器，8--蓄电池，9--光伏板，10--光伏板支座，11--外层蒙皮，12--电热膜，13--保温材料，14--胶粘接缝，15--中央控制器，16--传输电缆，17--延迟开关，18--电热导水槽，19--雨雪传感器，20--导水槽保护边，21--光面蒙皮。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本实用新型使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

本实用新型的一种典型的实施方式中，如图1-图7所示，提出一种公路边坡全自动防结冰融雪装置，其包括电热板3，电热板3为装置的主体部分，用于融雪、融冰；电热板3沿公路边坡1坡面铺设。

如图7所示，电热板3由电热膜12、光面蒙皮21两部分组成，电热膜12贴附于光面蒙皮21底部，电热膜12将电能转化为热能用于融化边坡防冰、融冰、融雪，其工作开关以及温度调控受中央控制器15控制，一般加热温度为15125℃，电热膜材料包含但不限于印刷油墨型、碳纤维型、金属丝(片)型、导电高分子材料型等；光面蒙皮21用于保护电热膜12，以防其直接与外界接触，蒙皮材料包含但不限于不锈钢、纤维复合材料等。

公路边坡1坡底设置过渡区4，过渡区4连接边坡与边沟，宽度一般为011.5m；边沟设置边沟盖板5。

过渡区4处设置电热导水槽18，电热导水槽18也为装置的主体部分，实现融雪、融冰与融水导流的结合；在本实施例中，电热导水槽18为波纹浅U型结构，其在横向为浅U型形状，在纵向为波纹状。此处，电热导水槽纵向为顺延边坡的方向，横向则与纵向相垂直。

如图6所示，电热导水槽18由外层蒙皮11、电热膜12、保温材料13三部分组成，此处电热膜与电热板的电热膜设置相同，不同之处在于电热导水槽18的电热膜设置为波纹状；外层蒙皮贴附于电热膜顶部，电热膜贴附于保温材料顶部。外层蒙皮用于保护电热膜，以防其直接与外界接触，同时用于融冰、融雪导流，呈浅U型、波纹状，在导流的同时可有效延缓水流速度，防止水流速度过快冲至行车路面，蒙皮的材质特点为高耐久、高导热效率，蒙皮材料包含但不限于不锈钢、纤维复合材料等；保温材料用于防止电热膜转化的热能产生不必要的损失，以确保更多的热能用于防冰、融冰、融雪，紧贴于电热膜底部，保温材料包含但不限于多孔保温材料(发泡水泥)、松散保温材料(玻璃棉、岩棉保温毡)、橡塑保温材料、酚醛泡沫材料、硅酸铝保温材料。

电热导水槽18侧部设置导水槽保护边20，防止有害物质侵入其结构层中，具有高耐久性、与外层蒙皮11和保温材料13具有很好的贴合性，导水槽保护边材料包含但不限于不锈钢、纤维复合材料等。

本实施例中，电热板3可设置多个，多个电热板通过胶粘接缝14拼接；电热导水槽18可设置多个，多个电热导水槽通过胶粘接缝14拼接，电热板3和电热导水槽18之间也可通过胶粘接缝14拼接，要求拼接紧密、不漏水且高耐久，接缝胶包含但不限于硅酮密封胶、聚氨酯密封胶、聚硫密封胶等。

公路边坡1设置多个边坡排水斜孔2，用于及时排出边坡渗水；该防结冰融雪装置适合各类坡度边坡的排水斜孔，甚至通过简单改变电热导水槽18的结构，也可实现对各类挡土墙排水孔的防结冰目的。

水流传感器7，采用YF系列水流传感器，安装于每个边坡排水斜孔2孔口处，用于全天候实时监测排水斜孔是否有水排出，一旦检测到水流，水流传感器会将信号传输至中央控制器15。

温度传感器6，采用铂热电阻温度传感器，型号为Pt10或者Pt100，安装于电热导水槽18的外侧且非阴面，用于全天候实时监测边坡的温度变化，适用温度范围：-40180℃，一旦检测到外界环境温度低于0℃，温度传感器会将信号传输至中央控制器15。

雨雪传感器19，采用表面栅形电极感应器，型号为RS01型，安装于电热导水槽18侧边正面，用于全天候实时监测雨雪天气，一旦检测到下雨或下雪，雨雪传感器会将信号传输至中央控制器15。

中央控制器15用于接收温度传感器6、水流传感器7、雨雪传感器19采集的信号，中央控制器15还与电热板3、电热导水槽18、电热膜12连接，中央控制器15控制电热板3、电热导水槽18是否工作，同时中央控制器15还可调节电热膜12的温度。

中央控制器15固定于光伏板支座10，光伏板支座可采用钢结构，用于支撑蓄电池8、光伏板9以及其他元件。

光伏板支座10侧部还设置延迟开关17，延迟开关17和中央控制器15连接，温度传感器6、水流传感器7或温度传感器6、雨雪传感器19组合中其中一个传感器未采集到信号后，中央控制器15将信号传输至延迟开关，控制电热膜12在1小时后停止工作。

光伏板支座10顶部固定设置光伏板9，光伏板9和蓄电池8连接，光伏板将太阳能转换为电能储存至蓄电池8中用于电热膜12工作，阳面边坡光伏板安装于电热导水槽18旁边以缩短电路长度，背阳面边坡光伏板安装于边坡上部以提高电能转化效率，光伏板类型包含但不限于单晶硅太阳能板、多晶硅太阳能板和薄膜(非晶硅)太阳能电池板等。

蓄电池8固定于光伏板9底部，用于储存光伏板产生的电能，要求储存的电能不能低于所供应电热膜持续工作24小时，蓄电池类型包含但不限于普通蓄电池、干荷蓄电池和免维护蓄电池等。

蓄电池8和电热膜12之间通过传输电缆16连接，可传输电热膜12工作所需电能；温度传感器6、水流传感器7、雨雪传感器19与中央控制器15之间也通过传输电缆16连接，用于传输温度传感器6、水流传感器7、雨雪传感器19采集的信号；传输电缆16可安装于电热板3侧方。

需要说明的是，本实用新型中，温度传感器、水流传感器、雨雪传感器、中央控制器均采用现有元器件，各传感器与中央控制器之间的信号传输、中央控制器与延迟开关之间的信号传输以及中央控制器对电热板、电热导水槽、电热膜的控制等均为现有技术，光伏板、蓄电池等均采用现有技术，在此不再赘述。

该装置各部分组件都进行了模块化设计，具有现场组装施工快捷，后期维修故障排除迅速，组件更换简单；具体施工流程如下：

(1)首先将电热导水槽按设计部位拼装至边坡与边沟的过渡区，电热板拼装至各排水斜孔处，并将电热导水槽和电热板用膨胀螺丝固定于边坡上，要求所有电热导水槽与边坡平行；

(2)将光伏板安装至相应位置(阳面边坡光伏板安装于电热导水槽旁边，背阳面边坡光伏板安装于边坡上部)，必要时可采用混凝土进行加固；

(3)将各传感器安装至预设计位置，将蓄电池、中央控制器等组件安装至光伏板支座预设计位置；

(4)连接所有信号采集线路以及电能传输线路，同一电路中的电热膜采用并联连接，在所有接缝处用密封胶仔细密封；

(5)全部完成安装后，进行设备调试，确认正常工作后方可进行正式服役。

该装置可自动监测边坡结冰积雪情况，利用光伏板配合蓄电池为电热膜提供绿色电能，实现高效的边坡融冰、融雪的装置，其工作特点为：

首先，采用光伏板将太阳能转化为电能并存储至蓄电池，自主为电热膜提供电能，省去了人工定期更换电池并的流程，更加绿色低碳高效；

其次，基于雨雪传感器、温度传感器与水流传感器感知结冰与积雪形成条件，通过中央控制器处理感知信号实现对电热膜的全自动开关、高精准控温，有效解决了边坡结冰及积雪现象的问题；

其中，在边坡与边沟的过渡区采用波纹浅U型的电热导水槽，为高耐久蒙皮、电热膜及保温材料的三明治结构，导水槽的波纹可有效降低大坡度的流水速度，将融冰、融雪与导流融于一体。

该装置的工作流程如图8所示，具体流程如下：

(1)光伏板将太阳能转换为电能储存至蓄电池中以便随时供给电热膜工作；

(2)当雨雪传感器检测到下雨或者下雪同时温度传感器检测到外界温度低于0℃，或当水流传感器检测到排水斜孔孔口处有水流出同时温度传感器检测到外界温度低于0℃，中央控制器接收到各传感器采集的信号；

(3)中央控制器将控制电热膜开始工作，并在此全过程中，控制电热膜的加热温度为15℃125℃；

(4)当雨雪传感器与温度传感器，或水流传感器与温度传感器的两个组合中其中一个传感器未采集到有效信号，中央控制器将关闭电热膜工作信号传至延迟开关，电热膜将在工作1小时后停止运行以确保所有结冰、积雪完全融化。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

为验证该装置在公路边坡除冰、防冰、融雪上的优势，进行试验对照：

(1)试验选址于某高速公路背阴处出现边坡结冰现象的位置，选择一处背阴处边坡，铺设好该装置作为试验组，并选取旁边一处未铺设该装置且横向与试验组排水孔相齐的位置作为对照组；

(2)在试验排水斜孔下部电热板处以及对照组排水斜孔水流落下的位置贴上温度传感器，并实时监测两组排水孔周围温度，该试验持续监测24小时。

试验结果分析：

从试验结果看，两组排水斜孔周围全天温度已低于0℃，最低气温达到-12℃。试验当天，两个排水斜孔均在缓慢流水，试验组装置在检测到流水同时环境温度低于0℃后开始工作，此时试验组传感器的测试温度在8℃117℃之间，电热导水槽在试验全过程中都未出现结冰现象，而对照组的传感器测试温度在-13℃11℃之间，排水斜孔孔口处已开始结冰。该试验过程证明，相较于对照组，本实用新型的装置能有效地实现公路边坡除冰、防冰、融雪的效果。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种公路边坡全自动防结冰融雪装置，其特征是，包括电热板，电热板底部与电热导水槽连接，电热板、电热导水槽均与中央控制器连接，中央控制器还与水流传感器、温度传感器和雨雪传感器连接；所述电热导水槽包括第一电热膜，第一电热膜顶部贴附外层蒙皮，第一电热膜底部贴附于保温材料顶部，所述电热导水槽横向为U型形状，电热导水槽纵向为波纹状。

2.如权利要求1所述的公路边坡全自动防结冰融雪装置，其特征是，所述电热板包括第二电热膜，第二电热膜贴附于光面蒙皮底部，第一电热膜、第二电热膜均与中央控制器连接。

3.如权利要求1所述的公路边坡全自动防结冰融雪装置，其特征是，所述水流传感器安装于公路边坡排水斜孔孔口处，以监测排水斜孔是否有水排出。

4.如权利要求1所述的公路边坡全自动防结冰融雪装置，其特征是，所述温度传感器安装于电热导水槽的外侧且非阴面，以监测公路边坡的温度变化。

5.如权利要求1所述的公路边坡全自动防结冰融雪装置，其特征是，所述雨雪传感器安装于电热导水槽侧边，以监测雨雪天气。

6.如权利要求2所述的公路边坡全自动防结冰融雪装置，其特征是，所述中央控制器固定于光伏板支座，光伏板支座侧部设置延迟开关，延迟开关和中央控制器连接。

7.如权利要求6所述的公路边坡全自动防结冰融雪装置，其特征是，所述光伏板支座顶部固定设置光伏板，光伏板和蓄电池连接，蓄电池和第一电热膜、第二电热膜连接。

8.如权利要求7所述的公路边坡全自动防结冰融雪装置，其特征是，所述蓄电池固定于光伏板底部。

9.如权利要求1所述的公路边坡全自动防结冰融雪装置，其特征是，所述电热板沿公路边坡坡面铺设，公路边坡坡底设置过渡区，过渡区连接边坡与边沟，电热导水槽设置于过渡区处。

10.如权利要求1所述的公路边坡全自动防结冰融雪装置，其特征是，所述电热导水槽侧部设置导水槽保护边。