專利名稱：公路除凝冰和冰雪以及消霧災(zāi)害設(shè)施的制作方法
公路除凝冰和冰雪以及消霧災(zāi)害設(shè)施本發(fā)明屬公路設(shè)施技術(shù)，是抗御各種天氣的不良影響，保證公路環(huán)境安全和交通 暢通的必備設(shè)施。2008年初的、致使我國20多個省的公路遭受損害的凝冰災(zāi)害，使數(shù)以萬計的旅客 滯留在冰天雪地，嚴(yán)重影響人民的正常生活和生產(chǎn)，由于交通中斷，再加上電網(wǎng)損壞，這場 凝冰災(zāi)害給我國造成幾千億元的損失。為此，國家支撐計劃項目“云貴川高原潮濕山區(qū)路 面凝結(jié)冰防治技術(shù)研究”于2009年6月18日啟動。該項目由貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院 和貴州省高等級公路管理局共同承擔(dān)，武漢理工大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)等上百名科技人員 參加。該項目將建“凝冰監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)”，開發(fā)出新的抗凝冰路面材料，提出切實可行的凝冰 路面及其附屬物防護(hù)、修復(fù)技術(shù)。該項目的目的是，解決我國高原潮濕山區(qū)冬季行車安全問 題，并確保道路及附屬構(gòu)造物的使用性能。本人評述該項目研究方案錯誤，技術(shù)路線復(fù)雜， 可能(？)達(dá)到的目的，也只是對非嚴(yán)寒地區(qū)的凝冰災(zāi)害的防治，對北方冬季的冰雪災(zāi)害的 防治并無價值，因而經(jīng)濟(jì)與社會效益很有限。在北方，冬季嚴(yán)寒，冰雪災(zāi)害對交通運輸(包括公路、航空和鐵路)的危害是極大 的，其中公路受冰雪災(zāi)害影響和經(jīng)濟(jì)損失就極為驚人。僅遼陽收費站管轄的153km路段內(nèi) 的情況就可窺其一斑2008年完成收費70億元，2009年由于新增高速公路路段，預(yù)計收費 將達(dá)80來億。但每年由于冰雪造成的損失很大。處理每場雪的專門費用(即不算在籍職 工工資)小雪30萬，中雪50萬，大雪80萬元上下。平均一年至少3場雪，每場雪平均撒 鹽150t，全年撒鹽幾千噸。每次因冰雪災(zāi)害封路，損失3-6千萬元。撒鹽除雪，影響路橋壽 命(遼陽朝光立交橋6年就翻修，當(dāng)然與工程質(zhì)量差也有關(guān))，路面也受損。由于鹽分污染 環(huán)境，沿路兩側(cè)果樹死亡，農(nóng)民起訴。但至今國內(nèi)外沒有更好的辦法來防治寒冷地區(qū)的冰雪 對公路交通的嚴(yán)重影響。凝冰和冰雪都是水遇到零下溫度時凝結(jié)成的固態(tài)水，前者是雨水或融雪水或霧變 成的冰；后者是高空形成的雪花降落到地面和設(shè)施上的雪堆積，或部分融化后結(jié)成的冰的 總稱，但嚴(yán)寒地區(qū)冬季只有積雪。凝冰和冰雪都可因遇到o°c以上溫度而融解；這是常識， 但至今沒有人能利用加溫來消除冰和雪的災(zāi)害，主要障礙在于空曠的公路上要使它們變成 水流走，耗能太大。近年太陽能發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電的技術(shù)已很成熟，特別是風(fēng)電成本已降至煤電價，光 電價原為煤電的10來倍，但最近也在迅速降低，故用風(fēng)電和光電制熱來融化冰雪，在經(jīng)濟(jì) 上已可行。風(fēng)電、光電取代網(wǎng)電，不排放CO2,這是一種綠色除冰雪方法。影響風(fēng)電和光電用 于除冰雪，還必須解決熱能的貯存問題。風(fēng)和光都不穩(wěn)定，時強(qiáng)時弱，時有時無，它們供給的 電也不穩(wěn)定、不連續(xù)。冰雪的出現(xiàn)，其隨機(jī)性更大。這供熱方與需熱方均有隨機(jī)性引起的問 題也已解決，這就是利用本人的另一發(fā)明專利太陽熱能高效連續(xù)貯存與取用技術(shù)。在本項 目條件下，將風(fēng)電和光電并聯(lián)，輸入地下的加熱元件，由它完成電熱轉(zhuǎn)換并將熱能貯于路面 結(jié)構(gòu)層中。加熱元件的組成電熱絲埋置在絕緣導(dǎo)熱材料管中，管子上鋪設(shè)導(dǎo)熱金屬板(此 金屬板位于公路結(jié)構(gòu)層中的聯(lián)結(jié)層位置)，此金屬板將絕緣導(dǎo)熱材料管上的熱量由下而上 的傳導(dǎo)到它上面的公路面層下層、層面上層和磨耗層。寒冷季節(jié)(一般為11月到3月)，風(fēng)電和光電在加熱元件的作用下，轉(zhuǎn)換成熱能，此熱能應(yīng)使公路的磨耗層保持40-50°C以下 的溫度(重交通道路石油浙青AH-130的軟化溫度為40-50°C )。當(dāng)雨雪水降落到此磨耗層 時，雪當(dāng)即融化，水不結(jié)冰，而是當(dāng)即沿公路橫向流向路肩下的淺溝排走。若降雨停止，磨耗 層的溫度使路面很快干燥，確保路面狀況有利安全。當(dāng)雪花落到磨耗層時，雪花隨即融化成 水，橫向流向路肩。為節(jié)省熱能，加熱元件兩側(cè)和下面均鋪絕緣和耐熱的材料，可置于瓷土 燒成的橫斷面為凹形的瓷槽。此加熱元件埋設(shè)于公路的中間帶的中央分隔帶，不承受車輛 的重量。加熱元件之上的金屬板則應(yīng)部分伸入行車通道，它要承受行車的重量。為保持中 間帶兩側(cè)的路綠帶上的樹木，可在栽樹時在地下的樹干部分包以泡沫塑料。泡沫塑料的作 用防止樹木受高溫；泡沫塑料可變空間可供樹干長大。公路的能見度對行車安全的威脅很大，為消除霧霾對能見度的影響，公路兩側(cè)應(yīng) 安裝除霧網(wǎng)。磨耗層溫度高于公路面上的氣溫時，公路面上的空氣被加熱，熱空氣上竄，兩 側(cè)的相對冷空氣貼地面流向公路。除霧網(wǎng)為金屬(鋁)絲網(wǎng)，網(wǎng)孔較小，有兩層。在霧霾天 氣，當(dāng)氣溫(網(wǎng)溫)小于當(dāng)時的露點時，通過除霧網(wǎng)的空氣中的霧霾在網(wǎng)上結(jié)露，空氣的透 明度增加。當(dāng)氣溫(網(wǎng)溫)大于當(dāng)時露點時，可對金屬網(wǎng)降溫，使它的溫度降到當(dāng)時的露 點，也可使空氣脫除霧霾。網(wǎng)的結(jié)構(gòu)上、下橫置的鋁管，上面鋁管的一端連接制冷機(jī)，冷媒 液體由它經(jīng)歷(整個或部分)除霧路段，然后由下鋁管返回制冷機(jī)，形成一個循環(huán)。上、下 鋁管之間為鋁絲網(wǎng)，它被上下管中循環(huán)的冷介所降溫，降到低于當(dāng)時的露點為止。下鋁管位 置應(yīng)略低于路面，上鋁管應(yīng)高于汽車頂。上下兩管之間的鋁網(wǎng)有兩層，以保證將霧霾除凈， 使公路上能見度正常。在霧霾季節(jié)，它可根據(jù)氣溫和露點(溫度)的高低自動啟、關(guān)制冷機(jī) 和冷媒循環(huán)泵。除凝冰和冰雪災(zāi)害以及霧霾所需之電外，光電和風(fēng)電還可供給隨道燈照明 用(它的耗電量很大。遼陽僅153km路段上隨道燈的電費每天達(dá)10萬元)，在特殊寒冷的 日子，若風(fēng)電和光電所產(chǎn)熱能不足以使路面保持40°C時，可用網(wǎng)電，因公路路面和路基材料 有一定的貯熱功能，可用網(wǎng)電的低谷電產(chǎn)熱并貯存，用于晝夜融化冰雪和干燥路面。附

圖1為公路橫斷面，其中1為路肩。2為路綠帶。3為行車道。4為中間帶。5 為中央分隔帶。6為路肩的土地。7為碎石混凝土(其導(dǎo)熱系數(shù)為0. 87W/m. k)。8為鋼筋 混凝土(其導(dǎo)熱系數(shù)為1.55W/m.k，它為碎石混凝土的近兩倍，有利于電熱元件向行車道傳 導(dǎo)熱量)。9為玻璃棉(層)。10為中間帶的玻璃棉(層)，它使下伏的導(dǎo)熱板(15)的熱量 不向上散失，也保護(hù)其上的土地溫度不致過高。11為土地，可用于綠化。12-15均屬電熱加 溫設(shè)施，且以放大尺寸繪出。12為鎳鉻合金(Cr20Ni80，其最高使用溫度達(dá)IlO(TC)的波 形線電熱元件組。13為絕緣導(dǎo)熱材料管。14為包于絕緣導(dǎo)熱材料管外的金屬包層。15為 金屬板，它位于相當(dāng)于路面結(jié)構(gòu)層中的聯(lián)結(jié)層位置，與14的金屬包層上部密切接觸，將其 熱量傳導(dǎo)到兩側(cè)的行車道層面下層。16為面層下層。17為面層上層。18為磨耗層。19為 測溫報警器，當(dāng)路面層溫度達(dá)到35°C (接近球法軟化點溫度)時，它亮紅燈，鳴笛，并自動 將電源切斷，將風(fēng)電和光電切換到直流/交流整流器，成交流電后并入電網(wǎng)。20為設(shè)于路 肩外側(cè)的防霧網(wǎng)。21和22為防霧網(wǎng)的下鋁管和上鋁管。下鋁管的位置應(yīng)略低于公路面， 上鋁管應(yīng)高于汽車頂。上鋁管一端接制冷機(jī)，接入冷媒液。下鋁管的一端接上鋁管排出的 冷媒液，另一端將冷媒液送回制冷機(jī)，再次吸冷，完成一個循環(huán)。上下鋁管均用保溫材料包 裹保溫。23為焊結(jié)于上、下鋁管的雙層平行鋁絲網(wǎng)，當(dāng)公路面的的溫度大于氣溫時，公路面 加熱空氣，使它產(chǎn)生熱島效應(yīng)，熱空氣上竄，路肩外的空氣穿過溫度相對較低(達(dá)到露點以下)鋁網(wǎng)時，相對濕度很大的空氣(有霧霾的空氣)，其水汽在鋁網(wǎng)上凝結(jié)成水珠而脫除，使 公路具有良好的能見度。附圖2為波形線電熱元件尺寸。圖2中的d為線的直徑(mm)。S為波形線波距 (mm)。H為波紋高度(mm)。h為波紋弧高(mm)。θ為弧度角。其中h = (1/4-1/8)H ;S > 6d ； θ =10。20。H = 200——300mm每一波形線總長度Lb = 2 (31 h/cos θ +H-2h/cos θ ) mm每組電熱元件波紋數(shù)η = 100Lb/lb Lb――波形線總長度(mm)本項目采用Cr20Ni80線狀電熱元件，設(shè)其(單支)功率為30kW，電壓220V，允許的 單位表面功率Ws = 3. 5W/cm2，根據(jù)上述各式算出的元件長度為42m，電阻絲之直徑為6. 5mm。 這樣的直徑的Cr20Ni80的重量為278. 7g/m。本項目電熱元件長度取45m，沿公路每45m設(shè)發(fā)電功率為60kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，它的 最大負(fù)載為18單支，30kW的電熱元件。具體采用的電熱元件數(shù)要根據(jù)行車道寬度，當(dāng)?shù)囟?季最低溫度來設(shè)計最大供熱量。下表是北方部分城市建筑的耗熱量。由于公路面融冰雪所 需熱量顯然要大于建筑物的耗熱量，所以這估計耗熱量應(yīng)乘以2，具體耗熱量應(yīng)通過實際試 驗測定，目前尚無公路融冰雪所需耗熱量的任何數(shù)據(jù)。實際運轉(zhuǎn)時，每到有冰雪災(zāi)害和霧霾 災(zāi)害的季節(jié)，就使路面保持20°C —35°C的溫度(臨災(zāi)加溫，往往來不及，因路面材料導(dǎo)熱 慢)。當(dāng)融冰雪，或除霧霾形成島效應(yīng)的溫度(供給的熱量)不夠時，可以多啟用幾支電熱 元件。當(dāng)風(fēng)、光電不夠時，可接入低谷網(wǎng)電。我國北方某些城市采暖期有關(guān)參數(shù)及建筑物耗熱量
權(quán)利要求
公路除凝冰和冰雪以及消霧災(zāi)害設(shè)施，其特征在于a、一般只用風(fēng)電和光電，風(fēng)光電能不夠時，用低谷網(wǎng)電；b、實時，融化凝冰和冰雪，實時排除融化水；無融雪水和雨水時，及時干燥路面；c、零碳和無機(jī)械裝置，不用人工；d、不用食鹽，不污染環(huán)境和損壞橋、路；e、利用公路的熱島效應(yīng)，去除霧霾。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述特征，將風(fēng)電、光電和谷電接入安裝在聯(lián)結(jié)層位置、中央分隔帶 的電加熱元件，實現(xiàn)電_熱轉(zhuǎn)換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述特征，加熱元件內(nèi)有電熱絲，它埋設(shè)在絕緣導(dǎo)熱材料管之中，上 有導(dǎo)熱金屬板，兩側(cè)和下面有鋪絕熱和耐熱的凹型陶瓷槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述特征，將中間帶兩側(cè)路綠帶的樹木地下部分用泡沫塑料包裹。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述特征，在兩側(cè)路肩安裝除霧網(wǎng)，網(wǎng)安裝在上鋁管和下鋁管之間， 上下鋁管和制冷機(jī)構(gòu)成冷媒介質(zhì)的循環(huán)，上下鋁管包保溫材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述特征，除霧網(wǎng)有兩層，鋁制，網(wǎng)孔細(xì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述特征，下鋁管貼近地面，上鋁管高度與汽車最大高度相當(dāng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述特征，風(fēng)電和光電也是隨道燈的電源。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述特征，發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)連續(xù)，當(dāng)風(fēng)電和光電富裕時，可將所產(chǎn)電 能并聯(lián)網(wǎng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述特征，在霧霾天氣，根據(jù)氣溫和露點溫度實現(xiàn)對制冷機(jī)的自動關(guān)啟o
全文摘要
公路除凝冰和冰雪以及消霧災(zāi)害設(shè)施是抗御寒冷天氣影響，保證公路環(huán)境安全和交通暢通的必備設(shè)施。它除冰雪不用人工和機(jī)械，不排CO2，不用腐蝕性和污染環(huán)境的食鹽和其它黑色物質(zhì)；利用風(fēng)電和光電產(chǎn)熱，地下貯熱，使路面有20℃以上高溫，它實現(xiàn)將冰雪和雨水排除，當(dāng)雪停雨止時，路面很快干燥。它利用路面產(chǎn)生的熱島效應(yīng)，在公路兩側(cè)設(shè)防霧網(wǎng)，能將霧霾除凈，確保公路上的能見度。風(fēng)能太陽能發(fā)出的電能，供給融化冰雪和除霧所需電能，和供給隨道燈用電。除了這部分用電外，富裕的電量還可并網(wǎng)輸出。
文檔編號E01C11/26GK101988283SQ20091015922
公開日2011年3月23日 申請日期2009年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者楊家鈺, 鐘顯亮, 黃福元 申請人:鐘顯亮