一种融冰雪电加热系统控制方法与流程

本发明涉及融冰雪加热技术领域，更具体地说是一种融冰雪电加热系统控制方法。

背景技术：

在雪灾或者冰冻地区，路面、机场道面、桥面会经常出现积雪冰冻现象，同时在大纵坡、桥面匝道、转弯等特殊地段的车辆事故发生率也呈上升趋势，严重影响居民正常出行，甚至造成生命危险。因此道路及时融冰雪的研究对于人们的正常生活和财产安全具有重要的意义。目前常见的道路融雪化冰方式主要包括以下几种：人工除冰雪、机械除冰雪、融雪剂除冰雪、能量转换型融冰雪路面等。

能量转换型融冰雪路面中包括发热电缆电热融雪化冰法、电热管电热融雪化冰法等，其融雪化冰效果较好，对环境影响较小，但是能量利用率较低且耗能较大，融冰雪电加热法，融雪速度块、能量利用率高、可控性强，不污染环境，工作过程中对于交通运行没有影响，可以提高路面交通以及其他特殊交通的安全性。

对于电磁加热法来说，虽然其能量转化率较高，但是往往需要铺设大量的电磁加热装置，需要较大的输入电流与功率的支持。

技术实现要素：

为了避免上述现有技术所存的不足之处，本发明提供了一种融冰雪电加热系统控制方法，以使电磁融雪化冰技术在各种情况下都可以得到良好的应用，保证道路安全畅通。

本发明的技术方案如下：

一种融冰雪电加热系统控制方法，包括有以下施工步骤：

(1)按照路面、桥面横向伸缩缝排布，将路面、桥面分成若干加热区域，横向伸缩缝之间的间距d，d的取值范围为8～12m；

(2)在每个加热区域内矩形阵列分布有多个电磁加热单元，其中电磁加热单元的行编号为1,2…,M，列编号为1,2…,N；行编号垂直于行车方向且按照由左至右、从小到大的顺序进行编号，列编号沿行车方向且按照从小到大的顺序进行编号，电磁加热系统共有S个电磁加热单元，其中S＝M×N；

(3)每个电磁加热单元由三个呈三角形排布的Ⅰ电磁加热装置、电磁加热装置Ⅱ、电磁加热装置Ⅲ组成，其中Ⅰ电磁加热装置与电磁加热装置Ⅱ之间连线垂直于行车方向，Ⅰ电磁加热装置位于左侧，电磁加热装置Ⅱ位于右侧，电磁加热装置Ⅲ为剩余的一个，Ⅰ电磁加热装置和电磁加热装置Ⅱ之间的距离为l1，Ⅰ电磁加热装置与电磁加热装置Ⅲ之间的距离为l2，电磁加热装置Ⅱ与电磁加热装置Ⅲ之间的距离为l3，垂直于行车方向的两个相邻电磁加热单元之间距离为Ix， Ix为其中一个电磁加热单元的Ⅰ电磁加热装置、电磁加热装置Ⅱ连线中点与相邻电磁加热单元的电磁加热装置Ⅲ之间距离；沿行车方向的两个相邻电磁加热单元之间距离为Iy，Iy为沿行车方向的相邻两个电磁加热单元的Ⅰ电磁加热装置之间的距离；

(4)根据步骤(2)编码方式对电磁加热单元进行逐个编号，对加热区域内的电磁加热单元进行整体控制，即电磁加热单元按以下设定循环工作形式进行工作：

第1步，加热区域内的电磁加热单元进行通电加热工作时间t1；

第2步，加热区域内的电磁加热单元停止通电加热工作时间t2；

加热区域内的电磁加热单元依次按照第1～2步循环工作，直至路面或桥面表面达到设定的温度范围后，电磁加热单元停止工作。

当路面、桥面的加热区域最低温度小于0℃时，加热区域内的电磁加热单元开始工作；l1、l2和l3根据当地的气候条件和环境温度情况所决定相应的输入电流大小、频率而确定，且满足其中rmax为集料的最大公称半径，即电磁加热装置之间的最小间距大于2.5倍的所铺设层位集料的最大公称半径 rmax；两个相邻电磁加热单元之间距离其中电磁加热单元形状系数λ由电磁加热单元中电磁加热装置相对位置构成的三角形形状而定，λ取值范围为1～2；加热工作时间t1为电磁加热装置进行通电加热的时间，即电磁加热装置内的金属加热载体的最高温度到达T1，其中T1的取值范围为50～60℃，加热工作时间t1根据电磁加热装置的输入电流的大小、频率、电磁加热单元形状系数而定，传热工作时间t2为电磁加热装置停止通电工作，并且将金属发热载体所产生热量传递至所加热结构层中的时间，即金属加热载体表面最高温度下降至T2，T2的取值范围为T1的20％～30％，传热工作时间t2根据所铺设结构的层位与电磁加热装置之间的距离而定，t1的取值范围为15s～60s， t2的取值范围为10min～30min。

路面、桥面的温度和湿度分别通过温度检测仪和湿度检测仪检测路面、桥面的温度和湿度，当路面、桥面的温度低于T3，且湿度高于H1时，融冰雪电加热系统开始工作，当路面、桥面温度高于T4，且湿度低于H2时，融冰雪电加热系统结束工作，其中T3取值范围为-0.5℃～0.5℃，H1取值范围为85％～90％，T4的取值范围为1℃～5℃，H2的取值范围为40％～50％。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、根据沥青路面传热效率较低的特点，本发明的融冰雪电加热系统控制方法，按照输入电流的参数对电磁加热单元内的电磁加热装置的距离和电磁加热单元的距离进行合理设计，使得路面或桥面加热更加均匀、可控，减少热量集中难以传递造成的高温对于路面或桥面结构的损伤，延长了电磁加热融冰雪路面、桥面的寿命；

2、根据电磁感应加热的速率较快的特点，本发明的融冰雪电加热系统控制方法，按照输入电流的参数、结构类型的参数对电磁加热单元内的电磁加热系统的通电加热工作时间和传热工作时间进行合理设计，使得路面或桥面加热更加有序、可控，减少热量集中难以传递造成的高温对于路面或桥面结构的损伤，延长了电磁加热融冰雪路面、桥面的寿命，同时可以有效地利用能量，提高能量利用率；

3、本发明的融冰雪电加热系统控制方法，设置独立分控的电磁加热单元，并且合理的设计了电磁加热单元中电磁加热装置的数量，可以在减少控制系统负担的前提下提高控制系统的精度，同时避免在个别电磁加热装置或单元出现损坏时同时对其他电磁加热单元产生影响，同时有利于融冰雪电加热系统的检修；

4、本发明的融冰雪电加热系统控制方法，路面、桥面温度检测仪和湿度检测仪实时检测路面桥面冰雪融化情况。温度传感器实时监控钢片温度，保护沥青混凝土面层。节约能源，延长了电磁加热融冰雪路面、桥面的寿命。

附图说明

图1为本发明电磁加热单元的编码示意图。

图2为本发明电磁加热装置的排布示意图。

图3为本发明电磁加热装置之间间距设置示意图。

图4为本发明电磁加热装置的结构示意图。

具体实施方式

参见附图，一种融冰雪电加热系统控制方法，包括有以下施工步骤：

(1)按照路面、桥面横向伸缩缝排布，将路面、桥面分成若干加热区域，横向伸缩缝之间的间距d，d的取值范围为8～12m；

(2)在每个加热区域内矩形阵列分布有多个电磁加热单元11，其中电磁加热单元11的行编号为1,2…,M，列编号为1,2…,N；行编号垂直于行车方向且按照由左至右、从小到大的顺序进行编号，列编号沿行车方向且按照从小到大的顺序进行编号，电磁加热系统共有S个电磁加热单元11，其中S＝M×N；

(3)每个电磁加热单元由三个呈三角形排布的Ⅰ电磁加热装置、电磁加热装置Ⅱ、电磁加热装置Ⅲ组成，其中Ⅰ电磁加热装置与电磁加热装置Ⅱ之间连线垂直于行车方向，Ⅰ电磁加热装置位于左侧，电磁加热装置Ⅱ位于右侧，电磁加热装置Ⅲ为剩余的一个，Ⅰ电磁加热装置和电磁加热装置Ⅱ之间的距离为l1，Ⅰ电磁加热装置与电磁加热装置Ⅲ之间的距离为l2，电磁加热装置Ⅱ与电磁加热装置Ⅲ之间的距离为l3，垂直于行车方向的两个相邻电磁加热单元之间距离为Ix， Ix为其中一个电磁加热单元的Ⅰ电磁加热装置、电磁加热装置Ⅱ连线中点与相邻电磁加热单元的电磁加热装置Ⅲ之间距离；沿行车方向的两个相邻电磁加热单元之间距离为Iy，Iy为沿行车方向的相邻两个电磁加热单元的Ⅰ电磁加热装置之间的距离；

(4)根据步骤(2)编码方式对电磁加热单元11进行逐个编号，对加热区域内的电磁加热单元11进行整体控制，即电磁加热单元11按以下设定循环工作形式进行工作：

第1步，加热区域内的电磁加热单元11进行通电加热工作时间t1；

第2步，加热区域内的电磁加热单元11停止通电加热工作时间t2；

加热区域内的电磁加热单元11依次按照第1～2步循环工作，直至路面或桥面表面达到设定的温度范围后，电磁加热单元停止工作。

当路面、桥面的加热区域最低温度小于0℃时，加热区域内的电磁加热单元 11开始工作；l1、l2和l3根据当地的气候条件和环境温度情况所决定相应的输入电流大小、频率而确定，且满足其中rmax为集料的最大公称半径，即电磁加热装置之间的最小间距大于2.5倍的所铺设层位集料的最大公称半径rmax；两个相邻电磁加热单元之间距离其中电磁加热单元形状系数λ由电磁加热单元中电磁加热装置相对位置构成的三角形形状而定，λ取值范围为1～2；加热工作时间t1为电磁加热装置进行通电加热的时间，即电磁加热装置内的金属加热载体的最高温度到达T1，其中T1的取值范围为50～60℃，加热工作时间t1根据电磁加热装置的输入电流的大小、频率、电磁加热单元形状系数而定，传热工作时间t2为电磁加热装置停止通电工作，并且将金属发热载体所产生热量传递至所加热结构层中的时间，即金属加热载体表面最高温度下降至T2，T2的取值范围为T1的20％～30％，传热工作时间t2根据所铺设结构的层位与电磁加热装置之间的距离而定，t1的取值范围为15s～60s， t2的取值范围为10min～30min；

路面、桥面的温度和湿度分别通过温度检测仪和湿度检测仪检测路面、桥面的温度和湿度，当路面、桥面的温度低于T3，且湿度高于H1时，融冰雪电加热系统开始工作，当路面、桥面温度高于T4，且湿度低于H2时，融冰雪电加热系统结束工作，其中T3取值范围为-0.5℃～0.5℃，H1取值范围为85％～90％，T4的取值范围为1℃～5℃，H2的取值范围为40％～50％；

其中，电磁加热装置1包括保护外壳2、电磁线圈3、发热金属载体5、温度传感器6，温度传感器6用于监测发热金属载体5的温度变化；保护外壳2为凹槽体，保护外壳2底面设有凸起的电磁线圈桩9，电磁线圈3缠绕于电磁线圈桩9上，电磁线圈3上铺设有高强度隔热层4，高强度隔热层4上放置有发热金属载体5，高强度隔热层4包覆于发热金属载体5的底面以及四周；保护外壳2、高强度隔热层4、发热金属载体5上表面相平齐，保护外壳2外侧黏贴有电磁屏蔽胶带7，电磁加热装置1上表面涂刷超薄防水导热胶泥层8；各个电磁加热装置1的电磁线圈3通过铜线与高频电流发生器10相连接形成电磁加热系统。