利用太阳能的桥面智能除冰雪系统及方法与流程

本发明涉及一种利用太阳能的桥面智能除冰雪系统及方法。

背景技术：

桥梁作为公路和城市道路的重要结构，其养护和维修非常重要，雨雪天气对桥梁的影响成为不可回避的问题，冬季降雪后，桥面在低温和车辆荷载的作用下易形成冰层，抗滑系数明显下降，给车辆行驶带来了极大的安全风险，尤其是纵坡较大的引桥阶段，车辆易失控打滑而造成交通事故。同时，路面由于地源热的作用未结冰时，桥面却因无热源供应和散热面较大而形成冰层，路桥变化段抗滑系数的突变增加了交通事故的发生率。目前用于桥面的主动除冰雪技术主要有地源热除冰雪和发热电缆除冰雪等，地源热除冰雪技术在道路中应用效果较优，但桥梁为悬空结构，不易从地面获取热源；发热电缆技术较成熟，但所需电能巨大，消耗大量的能源。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种利用太阳能的桥面智能除冰雪系统及方法，本发明能够解决现有技术桥面除雪能量难以获得的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用太阳能的桥面智能除冰雪系统，包括太阳能集热器、太阳能光伏板、储热器、桥面调平层和控制系统，所述的太阳能集热器和太阳能光伏板设置于桥侧支架系统上，所述储热器位于桥下墩柱处，所述桥面调平层内布设无机介质热管，在桥侧与循环导热流体管相连，所述储热器利用热流体传输导管与所述太阳能集热器和所述热交换器相连，所述循环导热流体管与所述热交换器相连，利用太阳能集热器将光能转化为热能储存到储热器中，为桥面加热提供热量，辅助光伏系统将光能转化为电能用于并网，在持续降雪时可由电网供电加热储热器继续进行热量供应，实现桥面的持续融雪化冰，所述控制系统控制整个集热、储热、加热与传输过程。

进一步的，所述桥侧的外侧设置有支架，所述太阳能集热器上设置于支架上，所述支架的顶部设置有可升降竖向杆，所述太阳能光伏板置于可升降竖向杆上，对所述太阳能集热器进行遮挡，以在设定时段阻止热量的收集，同时减少设备的老化。

进一步的，所述储热器为双层隔温结构，层间填充保温材料，并设有加热装置，储热材料选用比热容大于设定值的水。

进一步的，所述太阳能光伏板将转化的电能通过箱式变电器升压并网。

进一步的，所述热交换器位于桥侧护栏内部，呈管壳状，分别设置两个进水口和两个出水口。

进一步的，所述循环导热流体管内的流体为乙二醇防冻液。

进一步的，所述桥面调平层内布设温度传感器，实时监测桥面温度并将数据传输至控制系统。

进一步的，所述控制系统根据桥面温度数据自动启闭加热系统，实现远程智能控制。

进一步的，所述热传输导管在桥侧经热交换器实现与循环导热流体管的热量传递，所述热传输导管延伸至设置于桥底的储热器内，与所述储热器内的泵送装置连接，形成闭合回路。

进一步的，所述桥面调平层内布设有多根无机介质热管，沿桥面并排设置。

本系统的实施方法，包括以下步骤：

(1)将太阳能集热器安装于向阳面桥侧护栏底部，热传输导管沿桥侧梁底至桥墩处储热器；

(2)通过计算道路融雪所需热量，确定集热器规格和数量，将其布置于桥下墩柱处；

(3)在储热器内部设置泵送装置，用热流体传输导管连接太阳能集热器和泵送装置，使集热储热形成闭合回路；

(4)在护栏侧设置热交换器，分别与循环导热流体管和热传输导管相连，循环导热流体管内有循环泵，形成闭合回路；

(5)根据无机介质热管的传热能力确定其布设间距，将无机介质热管布设于桥面调平层内；

(6)在支架系统顶部可升降竖向杆上安装太阳能光伏板，并与箱式变电器相连，箱式变电器分别连接国网电缆和储热箱内加热装置；

(7)安装组装完成，实现利用太阳能融雪化冰。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

通过使用本发明的利用太阳能的除冰雪方案为桥面的融雪化冰提供了实施方法；利用太阳能集热器将光能转化为热能储存到储热器中，光热转化效率较高，为桥面加热提供了热量；辅助光伏系统可将光能转化为电能用于并网，在持续降雪时可由电网供电加热储热器继续进行热量供应，实现桥面的持续融雪化冰；智能化控制监测集热加热程序，减少人力物力的投入，同时便于及时发现问题，处理问题，能够解决现有技术桥面除雪能量难以获得的技术问题。

附图说明

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

图1是本实施例的利用太阳能的除冰雪方案的桥面使用的横剖面结构示意图；

图2是本实施例的利用太阳能的除冰雪方案的桥面无机介质热管、循环导热管和热交换器结构示意图；

图3是本实施例的利用太阳能的除冰雪方案的桥面示意图；

图4是本实施例的利用太阳能的除冰雪方案的控制系统结构图。

其中，太阳能光伏板1；太阳能集热器2；支架系统3；储热器4；泵送装置5；热交换器6；无机介质热管7；循环导热流体管8；调平层9；热传输导管10；温度传感器11；控制系统12；报警器13；温度显示屏14；集热、储热、放热、传输模块控制器15。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

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

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”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，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

如图1-图4所示，本发明的利用太阳能的桥面智能除冰雪方案，包括太阳能集热器2、太阳能光伏板1、储热器4、桥面调平层9和控制系统12。所述的太阳能集热器2和太阳能光伏板1设置于桥侧支架系统3上，所述储热器4位于桥下墩柱处，所述桥面调平层9内布设无机介质热管7，所述无机介质热管7在桥侧与循环导热流体管8相连，所述储热器4利用热流体传输导管10与所述太阳能集热器2和所述热交换器6相连，所述循环导热流体管8同样与热交换器6相连，所述控制系统控制整个集热、储热、加热、传输过程。

具体的，针对目前桥面积雪现象严重，热源供应不足和电缆加热所需热功率较大的问题。一种利用太阳能的桥面智能除冰雪方案，包括太阳能集热器2、太阳能光伏板1、储热器4、桥面调平层9和控制系统12。桥面调平层内无机介质热管间埋设温度感应器；控制系统12包括温度显示屏14，报警按钮13，集热、储热、放热、传输模块控制器15。该方案通过循环导热流体管8将储存于储热器4中的热量传递给无机介质热管实现桥面的加热融雪化冰。

包括多根无机介质热管，无机介质热管沿桥面横向均匀布置，间距由桥面融冰雪所需功率和热管导热能力确定，无机介质热管间布设温度传感器11。

主要包括集热系统、储热系统、散热系统和控制系统四个子系统，分别完成集热、储热、加热、传输四项功能，实现在桥面调平层9放热，使桥面温度升高到零度以上，并通过智能控制实现整个系统的自动启闭。

具体的，太阳能光伏板1可由支架系统自由升降杆调整高度。

具体的，热交换器除包含两个进口和两个出口，还包括温度控制器，控制出口处防冻液温度为恒温。

具体的，循环导热流体管布设于无机介质热管桥侧端下方，通过流体管与无机介质热管的接触实现热量的传递。

本发明的实施例提供的一种利用太阳能的桥面智能除冰雪方案为桥面的融雪化冰提供了实施方法；利用太阳能集热器的高光热转化率，充分的利用了太阳能，提高了能源利用效率；利用无机介质热管的工作原理及高效的导热效率，实现桥面的加热融雪化冰；通过储热器储备足够的热量，辅以光伏系统的电加热实现桥面的持续融雪化冰；采用可控温度的热交换器，保证无机介质热管持续恒温获得热量；采用智能控制系统实现集热、储热、加热、传输的自动控制检测。

本发明利用太阳能的除冰雪方案的实施方法包括以下步骤：

(1)将太阳能集热器安装于向阳面桥侧护栏底部，热传输导管沿桥侧梁底至桥墩处储热器。

(2)通过计算道路融雪所需热量，确定集热器规格和数量，将其布置于桥底墩柱处。

(3)在储热器内部设置泵送装置，用热流体传输导管连接太阳能集热器和泵送装置，使集热储热形成闭合回路。

(4)在护栏侧设置热交换器，分别与循环导热流体管和热传输导管相连，循环导热流体管内有循环泵，形成闭合回路。

(5)根据无机介质热管的传热能力确定其布设间距，将无机介质热管布设于桥面调平层内。

(6)在支架系统顶部可升降竖向杆上安装太阳能光伏板，并与箱式变电器相连，箱式变电器分别连接国网电缆和储热箱内加热装置。

(7)安装组装完成，确定功能完好，实现利用太阳能融雪化冰。

通过使用本发明的利用太阳能的除冰雪方案为桥面的融雪化冰提供了实施方法；利用太阳能集热器将光能转化为热能储存到储热器中，光热转化效率较高，为桥面加热提供了热量；辅助光伏系统可将光能转化为电能用于并网，在持续降雪时可由电网供电加热储热器继续进行热量供应，实现桥面的持续融雪化冰；智能化控制监测集热加热程序，减少人力物力的投入，同时便于及时发现问题，处理问题。

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

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。