基于太阳能光热转换的循环流体加热桥梁融冰雪控制系统的制作方法

本公开属于桥面主动除冰雪技术领域，尤其涉及基于太阳能光热转换的循环流体加热桥梁融冰雪控制系统。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

冬季雨雪灾害增加了道路交通拥堵和发生交通事故的概率，给高速公路运营带来了极大的安全隐患和巨大的经济损失。同时，雨水渗入路面造成冻胀，也严重影响路面使用寿命。另外，桥面处于悬空状态，无法获得地源热，相比同等环境条件下的路面，桥面融雪需要更长时间，雨雪灾害的危害也更加严重。

发明人在研究中发现，目前相关试验中的融冰雪系统也都是人工控制，且只对路面温度进行了监测，并未实现冬季桥梁融冰雪、夏季桥面降温的自动化控制。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的不足，本公开提供了基于太阳能光热转换的循环流体加热桥梁融冰雪控制系统，以解决基于太阳能光热转换的循环流体冬季主动融冰雪及夏季桥面降温无法实现自动化控制的问题。

为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

基于太阳能光热转换的循环流体加热桥梁融冰雪控制系统，包括：

控制器、太阳能集热器、储热箱、恒温箱及设置在桥面结构内的桥面加热设备；

所述太阳能集热器的进出水管路、储热箱、恒温箱及桥面供回水管路处均设置有温度检测设备，所述桥面结构内还设置有桥面温度检测设备，所述温度检测设备均将测量的温度数据传输至控制器；

所述太阳能集热器的进水管路、储热箱的进水管路、储热箱与恒温箱之间的管路及恒温箱与桥面结构之间的管路上均设置有驱动设备，所述驱动设备均连接至控制器，所述控制器被配置为基于测量的温度数据下发响应值的指令至对应的驱动设备，为桥面加热设备供热。

进一步的技术方案，所述储热箱内还设置有储热箱水位传感器，储热箱水位传感器与控制器相连，以将所检测的水位数据传输至控制器。

进一步的技术方案，所述储热箱的顶部还设置有至少一个储热箱排气孔。

进一步的技术方案，所述储热箱进水管路上设置有补水泵，所述补水泵与控制器相连，所述补水泵被配置为储热箱水位低于设定时接收控制器的指令提供动力将水源中的水补入储热箱。

进一步的技术方案，所述恒温箱的顶部设置有恒温箱减压阀。

进一步的技术方案，所述恒温箱与桥面结构之间的管路上设置有桥面循环泵，所述桥面循环泵被配置为实际桥面冰雪厚度超过设定厚度限值时，接收控制器的开启指令，提供动力以使恒温箱向桥面加热设备供热并开始融化桥面冰雪。

进一步的技术方案，所述储热箱与恒温箱之间的管路设置有温度转换循环泵，所述温度转换循环泵被配置为在桥面循环泵开启的条件下，且当恒温箱温度值小于设定的下限值时，接收控制器的开启指令提供动力以使储热箱为恒温箱进行加热。

进一步的技术方案，所述太阳能集热器的进水管路设置有集热-储热循环泵，所述集热-储热循环泵被配置为当集热器出水温度值高于储热箱温度值时，接收控制器的开启指令提供动力以使太阳能集热器收集太阳能为储热箱加热。

进一步的技术方案，所述桥面结构内积雪凝冰传感器，采集桥面冰雪厚度并将数据传输至控制器。

进一步的技术方案，所述控制器为plc控制器，所述plc控制器与人机交互设备相连。

进一步的技术方案，还包括电源及短路保护器，所述电源及短路保护器分别连接至plc控制器及人机交互设备。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

本公开技术方案太阳能集热器的进出水管路、储热箱、恒温箱及桥面供回水管路处均设置有温度检测设备，所述桥面结构内还设置有桥面温度检测设备，所述控制器被配置为基于测量的温度数据下发响应值的指令至对应的驱动设备，为桥面加热设备供热，通过上述方式能够实现对冬季桥面冰雪的自动感知和主动融化，同时在炎热夏季关闭集热-储热循环后也可以实现桥面的主动降温，达到延长结构寿命的目的。系统在设定好相关温度、积雪厚度和水位限值后便可实现自动运行，智能可靠，绿色环保。

附图说明

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

图1为本公开实施例系统整体结构示意图；

图中，1、电源及短路保护器；2、plc控制器；3、人机交互设备；4、远程控制设备；5、积雪凝冰传感器；6、桥面温度传感器；7、恒温箱温度传感器；8、桥面供水温度传感器；9、桥面回水温度传感器；10、储热箱温度传感器；11、集热器进水温度传感器；12、集热器出水温度传感器；13、环境温度传感器；14、集热-储热循环泵；15、温度转换循环泵；16、桥面循环泵；17、太阳能集热器；18、储热箱；19、恒温箱；20、桥面加热设备；21、桥面结构；22、储热箱排气孔；23、恒温箱减压阀；24、补水泵；25、储热箱水位传感器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开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公开的示例性实施方式。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。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

循环热流体主动融雪技术可以实现可再生能源利用和跨季节蓄能，具有更高的能源利用效率和环保效益，被国际公认为最具发展前景和可持续发展的绿色环保技术。

基于太阳能光热转换的循环流体加热桥梁融冰雪系统一般包括三个循环，即，用于收集太阳能光热并进行储存的集热-储热循环、为避免桥面承受过大温度应力而将储热箱中温度转换为特定温度范围的换热循环和为桥面供热(冷)的桥面循环。

实施例一

本实施例公开了基于太阳能光热转换的循环流体加热桥梁融冰雪控制系统，参见附图1所示，包括电源及短路保护器、用于数据接收分析并输出指令的plc控制器、用于参数设置的人机交互设备及远程操作系统、温度传感器系统、循环泵系统、用于判定桥面积雪结冰厚度的积雪凝冰传感器、用于测量储热箱水位的水位传感器。

温度传感器系统包括：桥面温度传感器、恒温箱温度传感器、桥面供水温度传感器、桥面回水温度传感器、储热箱温度传感器、集热器进水温度传感器、集热器出水温度传感器、环境温度传感器；积雪凝冰传感器可以设置在道路路肩表面，也可以是非接触式的(类似于路灯)；桥面温度传感器设置于路表。

水泵系统包括：集热-储热循环泵、温度转换循环泵、桥面循环泵、储热箱补水泵。

温度传感器系统、积雪凝冰传感器、水位传感器信号输出端与plc控制器信号输入端连接，人机交互设备与plc控制器交互连接，根据设置的参数形成系统控制逻辑集，plc控制器信号输出端与水泵系统连接，形成对控制集热-储热循环、换热循环和桥面循环的控制。

在具体工作时，控制系统通电开机后，通过远程控制设备4对人机交互设备3设置各温度传感器限值、积雪凝冰厚度限值和储热箱水位传感器25限值。

各温度传感器设定限值有：桥面温度传感器6的上限值和下限值；恒温箱温度传感器7的上限值和下限值；桥面供水温度传感器8与桥面回水温度传感器9温度差的上限值(冬季)、下限值(冬季)、上限值(夏季)、下限值(夏季)；集热器进水温度传感器11与集热器出水温度传感器12温度差的上限值(正数)和下限值(正数)；环境温度传感器13的上限值和下限值。积雪凝冰厚度设定参数为一个厚度限值；储热箱水位传感器25水位限值设上限值和下限值。

plc控制器2接收来自人机交互设备3中设定的各温度以及厚度限值形成系统内部的控制逻辑集，积雪凝冰传感器5测量的实际冰雪厚度值信号和桥面温度传感器6、恒温箱温度传感器7、桥面供水温度传感器8、桥面回水温度传感器9、储热箱温度传感器10、集热器进水温度传感器11、集热器出水温度传感器12、环境温度传感器13测量的实际室外温度值信号与系统内控制逻辑进行计算分析，做出相应指令控制集热-储热循环泵14、温度转换循环泵15、桥面循环泵16是否工作以及流量大小，进而实现太阳能集热、储热、换热以及冬季桥面融雪化冰和夏季桥面降温的自动化控制。

当桥面温度传感器6和环境温度传感器13监测到的实际温度连续几日低于各自设定温度参数下限值时控制系统执行冬季融冰雪模式，当桥面温度传感器6和环境温度传感器13监测到的实际温度连续几日高于各自设定温度参数上限值时控制系统开始执行夏季桥面降温模式。

在冬季融冰雪模式下：

当集热器出水温度传感器12测得的温度值高于储热箱温度传感器10测得的温度值时，集热-储热循环泵14开启，太阳能集热器17收集太阳能为储热箱18加热；否则，集热-储热循环泵14关闭，停止集热；为了提高储热效率，当集热器进水温度传感器11与集热器出水温度传感器12测得的温度差大于设定上限值(正数)时，提高一级集热-储热循环泵14流量；当集热器进水温度传感器11与集热器出水温度传感器12测得的温度差小于设定下限值(正数)时，降低一级集热-储热循环泵14流量。

当积雪凝冰传感器5测得的实际桥面冰雪厚度超过设定厚度限值时，桥面循环泵16开启，恒温箱19向桥面加热设备20供热并开始融化桥面冰雪，该过程持续至实际桥面冰雪厚度小于设定厚度限值，并进行一段时间的延时，以确保积雪彻底融化，延长时间通过人机交互设备2设置，达到设定的延长融雪时间桥面循环泵16停止工作，桥面加热停止；为了进一步提高桥面供热效率，当桥面供水温度传感器8与桥面回水温度传感器9测得的温度差大于设定上限值(冬季)时，提高一级桥面循环泵16的流量；当桥面供水温度传感器8与桥面回水温度传感器9测得的温度差小于设定下限值(冬季)时，降低一级桥面循环泵16的流量。

桥面结构由上而下是沥青面层、水泥混凝土调平层和梁板结构，本公开实施例子的加热装置埋设于桥面沥青面层以下，水泥混凝土调平层顶部。

在桥面循环泵16开启的条件下，且当恒温箱温度传感器7测得的温度值小于设定的下限值时，温度转换循环泵15开启，储热箱18为恒温箱19进行加热；在桥面循环泵16开启的条件下，且当恒温箱温度传感器7测得的温度值大于设定的上限值时，温度转换循环泵15关闭，储热箱18停止为恒温箱19加热。

此外，为防止循环介质结冰损坏系统正常运行，系统的三个循环管路设置了防冻保护循环。当桥面回水温度传感器9、恒温箱温度传感器7和集热器进水温度传感器11测得的温度值小于规定温度(例如0℃)时，集热-储热循环泵14、温度转换循环泵15、桥面循环泵16分别自动开启一定时间后关闭。

夏季桥面降温模式下：

集热-储热循环泵14始终处于关闭状态，太阳能集热器17不对储热箱18进行加热，同时为延长太阳能集热器17寿命，可以对其采取遮光保护措施。

当桥面温度传感器6测得的实际温度值大于设定的上限值时，桥面循环泵16开启，恒温箱19中相对较低温度的介质被泵送至桥面，对高温桥面结构21进行降温，一直持续至桥面温度传感器6测得的实际温度值小于设定的上限值时，关闭桥面循环泵16。

随着桥面循环的进行，当恒温箱温度传感器7测得的实际温度高于设定上限值时，温度转换循环泵15开启，体积相对庞大的储热箱18对恒温箱19进行降温，直至恒温箱温度传感器7测得的实际温度值小于设定上限值时，关闭温度转换循环泵15。

针对特殊情况，当积雪凝冰传感器5、桥面温度传感器6、恒温箱温度传感器7、桥面供水温度传感器8、桥面回水温度传感器9、储热箱温度传感器10、集热器进水温度传感器11、集热器出水温度传感器12、环境温度传感器中的一个或多个13出现故障时，可通过人机交互设备2人工开启或关闭集热-储热循环泵14、温度转换循环泵15、桥面循环泵16，实现集热、储热、换热、供热(冷)的人工控制，增强了系统的可靠性。

人机交互设备2，可以进行再现场通过终端设备进行参数设置，也可以远程通过电脑、平板或手机进行参数设置。

桥面加热设备20具有多种形式，可以为各种材质的管道，也可以是经过特定设计加工的热管。

储热箱18内装有储热介质，介质形式多样，外部设置保温措施，并在顶部设置维持储热箱内外压力平衡的排气孔22，实施例以介质水作为示例进行介绍，当水位传感器25测得的水位值小于设定值的下限值时，补水泵24开启，为储热箱18补水，一直持续到水位值大于水位传感器25设定值的上限值，介时补水泵24关闭。

电源及短路保护器1为plc控制器2、人机交互设备3、积雪凝冰传感器5、桥面温度传感器6、恒温箱温度传感器7、桥面供水温度传感器8、桥面回水温度传感器9、储热箱温度传感器10、集热器进水温度传感器11、集热器出水温度传感器12、环境温度传感器13、集热-储热循环泵14、温度转换循环泵15、桥面循环泵16、补水泵24、和水位传感器25提供电能，并且强电、弱电分离，实行分别控制。

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

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开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公开的保护范围以内。