专利名称：太阳能光电互补道路除冰融雪控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于道路的除冰融雪系统。
背景技术：
随着自然环境的变化，近年来因全球恶劣天气造成的环境影响越来越明显，特别 是在冬季，气候寒冷的地区，冰雪天气时常出现，因此要保证人们的正常出行，道路的除冰 融雪，尤其是高速公路的除冰融雪是必不可少的工程之一。目前用于道路除冰融雪的主要 方式是在道路上有冰雪堆积的时候采取处理措施，处理措施一种是通过播撒食盐或化学药 品进行冰雪处理，另外一种是运用机械进行冰雪处理，无论采取那种处理措施都需要消耗 大量的人力、物力和财力，不仅容易对环境造成污染，还必然大大增加成本。另外采用这些 处理措施都是在积雪堆积到一定厚度或出现结冰时才会使用，这就无法对道路的情况进行 勘察，因此也就不能保证工作人员的安全。由于采用这些措施通常是在白天，这就必然会存在一个最大的、也是最为棘手的 问题就是，道路上常出现“夜冻昼化”的现象，这会使路面变得更加光滑，车辆几乎无法行 使，也是对行人和行车产生危害最大的情形。因此，如何将道路的事后除冰融雪变为事先的 预防结冰，开发一种能够预防道路结冰的系统，是目前我国道路需要亟待解决的重大问题之一。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种能够在寒冷季节预防道路结冰的系统。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是太阳能光电互补道路除冰融雪控制系统，包括中央处理器、太阳能光伏接收模块、 光电转换控制模块、环境监测模块、电源控制模块以及铺设在道路地表下的加热装置，所述 太阳能光伏接收模块通过光电转换控制模块与电源控制模块连接，电源控制模块的输出端 与加热装置的输入端连接，中央处理器分别与太阳能光伏接收模块、光电转换控制模块、环 境监测模块以及加热装置通过数据总线连接。所述加热装置的改进在于所述加热装置为电缆状，包括位于装置中心的将电能 转换为热能的铁芯、绕制在铁芯外层的电感线圈、敷设在电感线圈外层的地线，所述铁芯、 电感线圈、地线之间设置有隔离膜；加热装置的最外层设置有屏蔽层。所述加热装置的进一步改进在于所述加热装置的电源输入端与电感线圈之间设 置有控制电路。上述加热装置的改进还在于所述加热装置的中心设置有至少一根铁芯，所述铁 芯为铁锰合金丝。当中心设置有多根铁芯时，各铁芯间设置有用于绝缘各铁芯的绝缘层。本发明所述环境监测模块的改进在于所述环境监测模块包括温度测试仪和湿度 测试仪。本发明的工作原理如下所述
本发明的加热装置、太阳能光伏接收模块以及光电转换控制模块可根据道路的距 离分段铺设在地表下，而环境检测模块和中央处理器可以设置在道路表面以便实时测量道 路环境。本发明在工作时，中央处理器根据环境监测模块采集的道路表面的温度和湿度综 合判断是否启动其他模块进行工作，当需要工作时，太阳能光伏接收模块接收太阳光的照 射，光电转换控制模块通过光生伏特效应原理将太阳能电转换转换为电能，然后传输给电 源控制模块，同时电源控制模块也会接通交流电源；电源控制模块根据优先级首先将太阳 能光伏转换的电能施加到加热装置，当太阳能光伏转换的电能不足时，启动交流电源对加 热装置供电。当加热装置得电后，由控制电路将工频交流电变成直流电，继而再转换成频率为 20-40kHz的中高频电压，高速变化的电流流过电感线圈产生高速变化的磁场，当磁场内的 磁力线通过铁芯切割交变磁力线，而在铁芯内部产生交变的电流(即涡流)，涡流使铁分子 高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能，最终将热能传递到道路的地表上，达到 防止道路结冰积雪的目的。本发明在夏季以及道路不需要加热的情况下时，可以通过中央处理器控制其停止 工作，光电转换控制模块所产生的电能可以存储在蓄电池内或者并网输给国家公共电网。由于采用了上述技术方案，本发明所取得技术进步在于本发明具有热效率高，节约能源、运行费用较低等优点。采用太阳能光伏发电和市 电供应的双重能源的设置，能够在太阳光充足的条件下启动系统工作，如遇太阳能不足时 可直接启动交流电源供电，充分保证了本发明工作的可靠性。更重要的是采用本发明不仅 能够在寒冷的季节有效预防道路结冰积雪，减少交通事故的发生，提高道路安全性；而且还 不会对道路以及行人车辆产生腐蚀，从而减轻冬季道路养护对环境所产生的负面影响。本发明中的加热装置具有升温速度较快、温度均勻、调控和维修方便、节约能源等 优点。由于铁芯采用的材质以及加热装置中各个隔离层的设置，使其稳定性能较高，由于道 路地表层及混凝土层蓄热量大，因此其热稳定性能较好，即使在寒冷的冬季，温度的变化也 很缓慢。本发明使用寿命较长，将其埋入道路的地表下，不老化，不腐蚀，如采用50°C低温发 热、无人为破坏情况下，使用寿命与路面同步。
图1为本发明的结构框图；图2为本发明所述加热装置的横截面示意图。其中1.铁芯，2.电感线圈，3.地线，4.隔离膜，5.屏蔽层，6.绝缘层。
具体实施例方式下面将结合附图对本发明进行进一步详细的说明。图1为一种太阳能光电互补道路除冰融雪控制系统，包括中央处理器、太阳能光 伏接收模块、光电转换控制模块、环境监测模块、电源控制模块以及加热装置。太阳能光伏 接收模块通过光电转换控制模块与电源控制模块连接，电源控制模块的输出端与加热装置 的输入端连接，中央处理器分别与太阳能光伏接收模块、光电转换控制模块、环境监测模块 以及加热装置通过数据总线连接。
铺设在道路地表下的呈电缆状的加热装置包括铁芯1、电感线圈2和地线3。其横 截面示意图如图2所示，铁芯位于加热装置的中心，用于将电能转换为热能；电感线圈绕制 在铁芯的外层；地线敷设在电感线圈的外层；铁芯、电感线圈、地线之间设置有隔离膜4。加 热装置的中心设置有三根铁芯，各铁芯之间设置有绝缘层6，铁芯为铁锰合金丝。加热装置 的电源输入端与电感线圈之间设置有控制电路，用于电流的转换。加热装置的最外层设置 有屏蔽层5。系统的环境监测模块包括温度测试仪和湿度测试仪，温度测试仪用于测量地表温 度，湿度测试仪用于监测道路表面湿度。本系统是在道路的建设阶段，在道路地表下层安装本系统，然后再铺设路面。其加 热装置、环境检测模块和中央处理器可以设置在道路表面以便实时测量道路环境，太阳能 光伏接收模块以及光电转换控制模块可根据道路的距离分段铺设在道路的路肩。道路上装 设的多个中央处理器可根据需要进行整条道路的联网设置，方便计算机远程控制。本系统在夏季时可以通过中央处理器控制其停止工作，其他季节则处于工作状 态。本发明在工作时，中央处理器根据环境监测模块采集的道路表面的温度和湿度综合判 断是否启动其他模块进行工作，当需要工作时，太阳能光伏接收模块接收太阳光的照射，光 电转换控制模块通过光生伏特效应原理将太阳能转换为电能，然后传输给电源控制模块， 同时电源控制模块也会接通交流电源；电源控制模块根据优先级首先将太阳能转换的电能 施加到加热装置，当太阳能转换的电能不足时，启动交流电源对加热装置供电。当加热电路装置得电后，由控制电路将太阳能光伏发出的直流电，再转换成频率 为20-40kHz的中高频电压；而市电的交流电则通过降压、整流转换成直流电。高速变化的 电流流过电感线圈产生高速变化的磁场，当磁场内的磁力线通过铁芯切割交变磁力线，而 在铁芯内部产生交变的电流(即涡流)，涡流使铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩 擦而产生热能，最终将热能传递到道路的地表上，达到防止道路结冰积雪的目的，减少交通 事故的发生，提高道路安全性；而且还不会对道路以及行人车辆产生腐蚀，减轻道路采用化 学除冰融雪材料对环境所产生的负面影响。
权利要求
太阳能光电互补道路除冰融雪控制系统，其特征在于包括中央处理器、太阳能光伏接收模块、光电转换控制模块、环境监测模块、电源控制模块以及铺设在道路地表下的加热装置，所述太阳能光伏接收模块通过光电转换控制模块与电源控制模块连接，电源控制模块的输出端与加热装置的输入端连接，中央处理器分别与太阳能光伏接收模块、光电转换控制模块、环境监测模块以及加热装置通过数据总线连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能光电互补道路除冰融雪控制系统，其特征在于所述 加热装置为电缆状，包括位于装置中心的将电能转换为热能的铁芯(1)、绕制在铁芯外层的 电感线圈(2)、敷设在电感线圈外层的地线(3)，所述铁芯、电感线圈、地线之间设置有隔离 膜(4)；加热装置的最外层设置有屏蔽层(5)。
3.根据权利要求2所述的太阳能光电互补道路除冰融雪控制系统，其特征在于所述 加热装置的电源输入端与电感线圈之间设置有控制电路。
4.根据权利要求2所述的太阳能光电互补道路除冰融雪控制系统，其特征在于所述 加热装置的中心设置有至少一根铁芯，所述铁芯为铁锰合金丝。
5.根据权利要求1所述的太阳能光电互补道路除冰融雪控制系统，其特征在于所述 环境监测模块包括温度测试仪和湿度测试仪。
全文摘要
本发明公开了太阳能光电互补道路除冰融雪控制系统，包括中央处理器、太阳能光伏接收模块、光电转换控制模块、环境监测模块、电源控制模块以及铺设在道路地表下的加热装置；太阳能光伏接收模块通过光电转换控制模块与电源控制模块连接，电源控制模块的输出端与加热装置的输入端连接，中央处理器分别与其他模块通过数据总线连接。本发明具有热效率高，节约能源、运行费用较低等优点，可通过远程计算机控制，根据道路实际情况自动控制该系统的工作，同时采用太阳能光伏发电和市电电能双重能源的设置，能够在寒冷的季节有效预防道路结冰积雪，减少交通事故的发生，提高道路安全性。
文档编号H02N6/00GK101979770SQ20101029407
公开日2011年2月23日 申请日期2010年9月28日 优先权日2010年9月28日
发明者王士元, 王川, 王茜 申请人:保定维特瑞交通设施工程有限责任公司