专利名称：一种基于碳纤维-玻璃纤维复合编织网的融雪、化冰方法
技术领域：
本发明属于交通运输和灾害防治领域，是一种消除积雪和结冰给交通运输 带来灾害的解决方法，涉及到一种基于碳纤维一玻璃纤维复合编织网的融雪、 化冰方法。
背景技术：
冬天路面的积雪和结冰对人民出行造成诸多不变的影响对于城市道路， 由于路滑车辆行速缓慢，交通拥堵，事故频发；对于高速公路，由于路况差而 限速，当积雪、结冰严重时，为了安全起见，就会部分或者全部封闭高速公路； 对于机场，积雪、结冰给飞机的起降带来安全隐患，导致飞机无法正常起降， 造成航班延误，机场临时关闭的严重后果。因此积雪和结冰不仅给交通运输带 来安全隐患，更多的是对社会经济和人民生活的影响，必须采取有效的方法及 时清除上述关键设施的积雪和结冰，保障交通运输顺畅。采用融雪剂的除雪、 化冰方法在耗费大量人力、物力的同时，对路面和环境都会产生破坏作用；采 用大型机械除雪和人工铲雪相结合的方法同样在清理和运输过程中耗费了大量 的人力、物力和财力，清除速度慢，效率低下，并且人工和机械除雪方式对路 面也有一定程度的机械损伤，因此对于积雪和结冰面积大，时间要求紧迫的情 况下，上述方法存在一定的不足。
将加热电缆埋设在路面下，通电后产生热量可以消除路面的积雪和化冰， 但加热用的金属加热体耐腐蚀性差，在反复、冲击荷载下耐久性问题也需要深 入的研究，另外，该方法耗费了大量的金属资源，同时由于质量较大安装不便。 采用碳纤维导电混凝土和石墨导电混凝土等技术进行融雪、化冰的研究也较多，取得了一定的科研成果，但是导电混凝土的导电率和加热功率容易受到路面基 体的温度、密实度和含水率的影响，如果导电混凝土幵裂，则会导致加热功率 的大幅度波动，因此该方法加热功率的稳定性和可靠性较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于碳纤维一玻璃纤维复合编织网的 机场跑道、高速公路、城市主干道路和桥梁等关键设施的电加热融雪、化冰系 统，能够对待加热体表面提供均匀加热，在保证低能耗的情况下得到最佳的融 雪化冰效果，并能通过纤维编织网对待加热体起到阻裂、加固作用，延长使用 寿命。
本发明的技术方案是
本系统主要由碳纤维一玻璃纤维复合编织网、电绝缘层、导热层、隔热层、 数字PID温度控制系统、具有过流过压保护的加热电源等部分组成，其中导热 层可以由待加热体的建筑材料构成。碳纤维一玻璃纤维复合编织网由经向排列 的碳纤维束和讳向排列的玻璃纤维束交叉编织而成，其中碳纤维束是本发明中 的加热体。
在待加热体的基础层上设置隔热层，然后铺设导热层；将经过电绝缘和粘 沙处理的碳纤维一玻璃纤维复合编织网平整摊铺，复合编织网中的经向碳纤维 束加热体与待加热体的短边平行，在复合编织网上铺设导热层，在其表层埋设 多个测温元件；通过导电银胶和导线将碳纤维束加热体两端的电接点串联和并 联在一起，并将引出导线连接到具有过流、过压和过热保护功能的可控电源上。
测温元件实时测量待加热体表层的温度，并与待加热体表面的风速、待加 热体表面的积雪和结冰厚度、待加热体表面的空气温度和对待加热体表面融雪 化冰的期望时间，作为控制参量自动或手动输入数字PID温度控制系统，数字PID温度控制系统根据上述相关信息优化调整系统的控制参数，调节可控电源工 作电流，控制碳纤维一玻璃纤维复合编织网的发热功率。
本发明的效果和益处是，采用本发明提出的基于碳纤维一玻璃纤维复合编 织网融雪、化冰方法，与采用加热电缆的技术相比，具有重量轻、抗拉强度高、 寿命长、耐腐蚀、耐疲劳、成本低等优点；与加热电缆的铺设工艺相比，能够 有效降低现场施工的难度，加快施工进度，并能保证加热体的等间距，实现加 热均匀；与采用碳纤维导电混凝土技术相比，导电率和加热功率基本不受路面
基体的温度、密实度、含水率以及混凝土开裂的影响，加热功率稳定，可靠性 高。经粘沙处理的碳纤维一玻璃纤维复合编织网能够通过经向和纬向分布的纤 维束对待加热体起到阻裂、加固作用，延长待加热体的使用寿命。因此，本发 明提出的基于碳纤维一玻璃纤维复合编织网的融雪、化冰方法具有重量轻、施 工快捷、加热均匀迅速、性能稳定、寿命长、成本低和低能耗等优点，并能起 阻裂、加固作用，是用于机场跑道、高速公路、城市主干道和桥梁等设施的理 想融雪、化冰技术。
附图1是基于碳纤维一玻璃纤维复合编织网的电加热融雪、化冰自动控制 系统。
附图2是碳纤维一玻璃纤维复合编织网的示意图。
附图3是经电绝缘、粘沙处理的碳纤维-玻璃纤维复合编织网的截面示意图。
图中l碳纤维一玻璃纤维复合编织网；2基础层；3隔热层；4导热层；5 测温元件；6碳纤维束加热体两侧的电接点；7具有保护功能的大功率可控电源; 8数字PID温度控制系统；9碳纤维束；IO玻璃纤维束；ll电绝缘环氧树脂层;
12粘沙层。
具体实施例方式
以下结合技术方案和附图详细叙述说明本发明的最佳实施例。 附图1给出了基于碳纤维一玻璃纤维复合编织网的电加热融雪、化冰自动 控制系统。碳纤维一玻璃纤维复合编织网的施工方式为首先在待加热体基础 层2上设置隔热层3，厚度控制在10 30mm，以减少向下传输的热量损失；在 隔热层3之上铺设导热层4，厚度在5 10mm左右，通常希望该层材料具有较大 的导热系数；然后将经过电绝缘、粘沙处理的碳纤维一玻璃纤维复合编织网1 平整摊铺，复合编织网中的经向碳纤维束加热体9与待加热体短边平行，采用 导电银胶和电线将编织网中碳纤维束加热体两侧的电接点6通过串联和并联的 方式连接起来，将引出的导线连接到具有保护功能的大功率可控电源7上；在 纤维编织网上铺设导热层4，并在导热层4不同部位的表层安装测温元件5，为 了提高热传导速度，降低系统功耗，可将导热层4的厚度控制在20 50mm。
所采用的碳纤维一玻璃纤维复合编织网是由经向等间距排列的碳纤维束9 和讳向等间距排列的玻璃纤维束10交叉编织而成，网格的大小和碳纤维束的截 面尺寸可以根据现场建筑材料的性质和对融雪化冰的要求定制。碳纤维一玻璃 纤维复合编织网1的表面采用环氧树脂进行电绝缘处理，并在环氧树脂层11的 表面粘沙，形成与基体材料粘结力强的粘沙层12，对待加热体起到阻裂、增韧 和加固的作用。
测温元件5实时测量待加热体表层的温度，并与路面的风速、积雪和结冰 厚度、空气温度、融雪化冰的期望时间等参量作为数字PID温度控制系统8的 控制参数输入系统，数字PID温度控制系统8根据上述参数，优化调整PID的 控制参数，调节大功率可控电源7的工作电流，从而控制碳纤维一玻璃纤维复 合编织网l的发热功率，改变路面的工作温度，达到融雪、化冰目的。
权利要求
1. 一种基于碳纤维-玻璃纤维复合编织网的融雪、化冰方法，是采用碳纤维-玻璃纤维复合编织网，通过电加热的方式实现融雪和化冰，其特征在于在待加热体的基础层(2)上设置隔热层(3)和导热层(4)，然后将经过电绝缘和粘沙处理的碳纤维-玻璃纤维复合编织网(1)平整摊铺，复合编织网中的经向碳纤维束加热体(9)与待加热体短边平行，纬向玻璃纤维束(10)与长边方向平行，在其上铺设导热层(4)，并在其表层安装测温元件(5)；采用导电银胶和导线将编织网中碳纤维束加热体的电接点通过串并联的方式连接到带保护功能的大功率可控电源(7)上；数字PID温度控制系统(8)根据待加热体表层温度、待加热体表面的风速、积雪和结冰厚度、空气温度和对融雪化冰的期望时间优化调整系统的PID控制参数。
全文摘要
本发明公开了一种基于碳纤维-玻璃纤维复合编织网的融雪、化冰方法，属于交通运输和灾害防治领域。其特征是在待加热体的基础层上依次铺设隔热层、导热层、经电绝缘和粘沙处理的碳纤维-玻璃纤维复合编织网和导热层，并在待加热体的表层埋设测温元件；采用导电银胶和导线将碳纤维束加热体通过串并联的方式连接到具有保护功能的可控电源；数字PID温度控制系统根据待加热体表层温度、表面的风速、积雪和结冰厚度、空气温度和对融雪化冰的期望时间优化调整系统的控制参数，调节发热功率。本发明的有益效果是该方法具有施工速度快、加热均匀迅速、性能稳定、寿命长、成本低等优点，并起阻裂加固作用，是用于路面、桥梁等设施的理想融雪、化冰方法。
文档编号E01C11/26GK101413240SQ20081022927
公开日2009年4月22日 申请日期2008年11月29日 优先权日2008年11月29日
发明者宋世德, 徐世烺, 王晓娜 申请人:大连理工大学