一种自动除雪系统.pdf

本实用新型公开了一种自动除雪系统，包括铺设于路面下方的地基热传导层、与地基热传导层相接并为其提供热源的储能器、对储能器进行控制的控制系统、与地基热传导层相接的无源热量采集与供给系统以及与储能器相接的有源热量采集系统，有源热量采集系统与储能器间接有热量转换与放大处理系统；有源热量采集系统为对地下土壤热量进行采集的地热采集池；无源热量采集与供给系统为对土壤热量进行采集的多个地热采集器，其分别通过固体散热器与地基热传导层相接；对路面温度进行实时检测的温度传感器三与控制系统相接。本实用新型节能环保、应用成本低、使用操作简便且使用年限长、适用面广，能有效解决冬季清除积雪的彻底性、及时性问题。

1.  一种自动除雪系统，其特征在于：包括铺设于路面(19)下方的地基热传导层(18)、与地基热传导层(18)相接并为其提供热源的储能器(2)、对储能器(2)进行控制的控制系统(1)、与地基热传导层(18)相接的无源热量采集与供给系统(3)以及与储能器(2)相接的有源热量采集系统(5)，其中有源热量采集系统(5)与储能器(2)之间接有热量转换与放大处理系统(4)；所述有源热量采集系统(5)为埋设于地下土壤(21)中的对土壤中热量进行采集并汇聚的地热采集池(6)，所述地热采集池(6)的四周壁上均布设有多个地热采集器(7)；无源热量采集与供给系统(3)为埋设于地下土壤(21)中对土壤中热量进行采集的多个地热采集器(7)，其分别通过固体散热器(17)与地基热传导层(18)直接相接；对路面(19)的温度进行实时检测的温度传感器三(16)与控制系统(1)相接。

2.  按照权利要求1所述的一种自动除雪系统，其特征在于：所述热量转换与放大处理系统(4)由储存于内部的转换剂以及依次相连组成一个循环回路的蒸发器(10)、压缩机(11)、冷凝器(12)和节流膨胀阀(13)组成，其中蒸发器(10)通过管道(22)、循环泵(9)与地热采集池(6)相接，冷凝器(12)通过管道(22)、循环泵(9)与储能器(2)相接。

3.  按照权利要求1或2所述的一种自动除雪系统，其特征在于：还包括实时对地热采集池(6)内部水温进行检测的温度传感器一(14)和实时对储能器(2)内部温度进行检测的温度传感器二(15)，温度传感器一(14)和温度传感器二(15)分别与控制系统(1)相接。

4.  按照权利要求1或2所述的一种自动除雪系统，其特征在于：所述地热采集池(6)埋设在地下土壤(21)中的深度为15-50m。

5.  按照权利要求1或2所述的一种自动除雪系统，其特征在于：所述地热采集器(7)为内部装有热传导液的纤维制软管。

6.  按照权利要求5所述的一种自动除雪系统，其特征在于：所述无源热量采集与供给系统(3)中的地热采集器(7)为埋设在地下土壤(21)中的竖向地热采集器，其直径为160-200mm，埋设在土壤中的深度为30-80m，相应地埋设于地下土壤(21)中的密度为0.4-1.2个/m²，其所埋设的地热采集器(7)的高度越大，埋设的密度越小。

7.  按照权利要求6所述的一种自动除雪系统，其特征在于：所述纤维制软管的直径为180mm。

8.  按照权利要求1或2所述的一种自动除雪系统，其特征在于：还包括与储能器(2)相接的对太阳能进行实时采集的太阳能热量采集器(8)。

9.  按照权利要求1或2所述的一种自动除雪系统，其特征在于：所述地热采集池(6)内的水温为10-15℃，所述储能器(2)内部储液的温度为40-45℃。

10.  按照权利要求1或2所述的一种自动除雪系统，其特征在于：所述储能器(2)或地基热传导层(18)上还接有辅助电加热装置(23)。

一种自动除雪系统
技术领域
本实用新型涉及一种除雪装置，尤其是涉及一种适用于道路与机场跑道的自动除雪系统。
背景技术
目前，寒冷地区冬季清除道路和公共设施的积雪、积冰一直是个老大难的问题，由于下雪影响人们交通出行的情况非常普遍，政府和相关部门每年都要投入很大的资金和精力来解决冰雪对安全的影响，尤其是对于机场机坪、跑道、高速道路、桥面等进行地除冰除雪。传统除雪的方法采用人工清除与自然融化相结合进行的方式，主要包括以下几种方式。
第一种为人工清除法，所采用的除雪工具主要为铁锹、铁铲、扫帚等，对于道路街道等影响人们交通的地方需要人工除雪，就是在下雪后进行除雪的方式，又称为被动除雪法。现在大多数积雪城市街道、庭院、公共广场等还是由环卫人员或群众以人工辅助机械进行除雪，但其对于冰雪路面和汽车所压过路面的清理非常困难，工程量大，费时费力，不仅劳动强度大、工作效率低、成本高，而且除雪不彻底，残雪夜间易结冰；有时也不能及时除雪，还会影响交通。
第二种为机械除雪法：采用除雪机械边下雪边清理且清理较彻底，广泛用于重要道路、机场、桥面等，但是其所采用的除雪机械投入成本大，管理成本大，在下雪量大时除雪及时性不高，而且不能大面积除雪，远程作业成本大，能除雪但不能除冰。现有的除雪机械大都为推土机式结构，其对车压过的雪或人踏过的雪的路面，尤其是冰雪路面很难清除，除雪效果较差。除雪机械一般只能清除50mm以下的雪层，虽然能对上述压不实的雪进行清扫，提高除雪效果，但是因其不能破冰，对冰雪路面也就无能为力了。冰雪路面不能及时清理将给将给机动车辆和行人带来诸多困难，甚至会造成城市交通堵塞，运输瘫痪。
第三种为化学除雪法：利用低冰点的化学物质和冰雪来融雪，达到除雪目的，其劳动强度相对低且除雪除冰能同时进行，主要用于桥面、跑道、飞机场停机坪等场合；但是其投入成本高，融雪速度慢，实时性不高而且除雪不彻底，对路面也会造成一定程度地腐蚀，同时也容易造成环境污染。
第四种为人工加热法，利用燃料、电加热等人工加热的方式来清除积雪，除雪除冰能够同时进行；但是投资成本巨大，无法推广。如有的场所采用涡轮喷气发动机吹风来除雪，但耗费大量燃料，很难广泛推广适用。目前在机场跑道的除雪方法，主要为热气流吹扫，但热吹耗油量非常高，经济性差，长时间使用对跑道面损坏较大。近来也曾出现了冷气流吹雪的方法，但仅局限于纯空气吹雪。由于空气密度太小，从喷口吹出的气流扩散角很大，很大一部分的高速气流吹向了大气，能量利用率很低。
实践中，大多数情况下以上四种方式结合起来进行使用。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种自动除雪系统，其节能环保、运行成本低、安全可靠且使用年限长，能有效解决冬季清除积雪的彻底性、及时性问题。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种自动除雪系统，包括铺设于路面下方的地基热传导层、与地基热传导层相接并为其提供热源的储能器、对储能器进行控制的控制系统、与地基热传导层相接的无源热量采集与供给系统以及与储能器相接的有源热量采集系统，其中有源热量采集系统与储能器之间接有热量转换与放大处理系统；所述有源热量采集系统为埋设于地下土壤中的对土壤中热量进行采集并汇聚的地热采集池，所述地热采集池的四周壁上均布设有多个地热采集器；无源热量采集与供给系统为埋设于地下土壤中对土壤中热量进行采集的多个地热采集器，其分别通过固体散热器与地基热传导层直接相接；对路面的温度进行实时检测的温度传感器三与控制系统相接。
作为本实用新型的一种优选方案，所述热量转换与放大处理系统由储存于内部的转换剂以及依次相连组成一个循环回路的蒸发器、压缩机、冷凝器和节流膨胀阀组成，其中蒸发器通过管道、循环泵与地热采集池相接，冷凝器通过管道、循环泵与储能器相接。
作为本实用新型的另一种优选方案，还包括实时对地热采集池内部水温进行检测的温度传感器一和实时对储能器内部温度进行检测的温度传感器二，温度传感器一和温度传感器二分别与控制系统相接。
作为本实用新型的又一种优选方案，所述地热采集池埋设在地下土壤中的深度为15-50m。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述地热采集器为内部装有热传导液的纤维制软管。
所述无源热量采集与供给系统中的地热采集器为埋设在地下土壤中的竖向地热采集器，其直径为160-200mm，埋设在土壤中的深度为30-80m，相应地埋设于地下土壤中的密度为0.4-1.2个/m²，其所埋设的地热采集器的高度越大，埋设的密度越小。
所述纤维制软管的直径为180mm。
作为本实用新型的更进一步优选方案，还包括与储能器相接的对太阳能进行实时采集的太阳能热量采集器。
作为本实用新型的再进一步优选方案，所述地热采集池内的水温为10-15℃，所述储能器内部储液的温度为40-45℃。
作为本实用新型的再一种优选方案，所述储能器或地基热传导层上还接有辅助电加热装置。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点，1、制作及运行使用成本低、投资少且使用年限长、损耗小；2、节能环保，将地热与太阳能有效地加以利用且绿色无污染，能源利用率高；3、安全可靠且除雪除冰效果好，除雪及时、彻底，能有效解决冬季清除积雪的彻底性与及时性问题；4、适用面广且使用操作简单方便，能广泛适用于机场跑道、停机坪、道路、桥面、广场、体育场等地面型的场合。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型的结构原理框图。
图2为本实用新型的整体结构框图。
图3为本实用新型的整体结构示意图。
附图标记说明：
1—控制系统；             2—储能器；             3—无源热量采集与供
                                                  给系统；
4—热量转换与放大处       5—有源热量采集系统；   6—地热采集池；
理系统；
7—地热采集器；           8—太阳能热量采集器；   9—循环泵；
10—蒸发器；              11—压缩机；            12—冷凝器；
13—节流膨胀阀；          14—温度传感器一；      15—温度传感器二；
16—温度传感器三；        17—固体散热器；        18—地基热传导层；
19—路面；                21—地下土壤；          22—管道；
23—辅助电加热装置。
具体实施方式
结合图1、图2及图3，本实用新型包括铺设于路面19下方的地基热传导层18、与地基热传导层18相接并为其提供热源的储能器2、对储能器2进行控制的控制系统1、与地基热传导层18相接的无源热量采集与供给系统3以及与储能器2相接的有源热量采集系统5，还包括与储能器2相接的对太阳能进行实时采集的太阳能热量采集器8。由控制系统1控制储能器2的开启与关闭，当储能器2处于开启状态时，通过与其相接的铺设于路面19下方的地基热传导层18为上方的路面19提供热源，所述地基热传导层18相当于电热毯式的热传导结构。
其中，有源热量采集系统5与储能器2之间接有热量转换与放大处理系统4，其有源热量采集系统5为埋设于地下土壤21中的对土壤中热量进行实时采集并汇聚的地热采集池6。所述地热采集池6的四周壁上均布设有多个地热采集器7，而地热采集器7为内部装有热传导液的纤维制软管，并且所述地热采集池6埋设在地下土壤21中的深度为15-50m。所述热量转换与放大处理系统4由储存于内部的转换剂以及依次相连组成一个循环回路的蒸发器10、压缩机11、冷凝器12和节流膨胀阀13组成，其中蒸发器10通过管道22、循环泵9与地热采集池6相接，冷凝器12通过管道22、循环泵9与储能器2相接。其地热采集池6的内部水温为10-15℃，即通过地热采集池6采集地下土壤21中的热量并汇聚成温度在10-15℃之间的循环水，之后通过循环泵将其提供给热量转换与放大处理系统4；储存于热量转换与放大处理系统4内部的转换剂为制冷剂，如氟利昂。当所汇聚的热量进入热量转换与放大处理系统4后，制冷剂即从蒸发器10中蒸发产生的氟利昂气体首先经过压缩机11压缩，再经过冷凝管12转变为高压的氟利昂液体，然后通过节流膨胀阀13的膨胀作用，最终又在蒸发器10中由液体蒸发为氟利昂气体，之后从蒸发器10中蒸发产生的氟利昂气体又被压缩机11抽走进行压缩，从而不断进行循环。上述过程中，在蒸发器10中制冷剂由液体蒸发为氟利昂气体，因而这个过程吸热；而相对地在压缩机11内是放热的。因而，通过地热采集池6采集温度在10-15℃之间的循环水热量后，再进一步通过上述热量转换与放大处理系统4将循环水的热量进行转换并通过压缩机11进行放大后，再通过循环泵9将所采集并转换成的热量储存于与冷凝器12相连的储能器2中留待备用。
而对地热采集池6内部水温进行实时检测的温度传感器一14实时将所采集的地热采集池6内部水温信号传送至控制系统1，同时对储能器2内部储液的温度进行实时检测的温度传感器二15实时将所采集的储能器2内部储液温度传送至控制系统1，正常情况下，储能器2内部储液的温度将维持在40-45℃之间。在本系统工作过程中，温度传感器一14和温度传感器二15实时将所检测的信号传至控制系统1，从而实现控制系统1对地热采集池6和储能器2工作状态的监控。另外，对路面19的温度进行实时检测的温度传感器三16也与控制系统1相接，即由温度传感器三16对路面19的温度进行实时检测并实时向控制系统1传送检测结果。
其无源热量采集与供给系统3为埋设于地下土壤21中对土壤中热量进行实时采集的多个竖向地热采集器7，其各个地热采集器7分别通过固体散热器17与地基热传导层18直接相接。并且地热采集器7为内部装有热传导液的纤维制软管，其直径为160-200mm，埋设在土壤中的深度为30-80m，相应地埋设于地下土壤21中的密度为0.4-1.2个/m²，其所埋设的地热采集器7的高度越大，埋设的密度越小。实践中可根据具体实际需要，相应调整所埋设地热采集器7的数量、密度以及地热采集器7的直径、高度等。本具体实施方式中，所制作的纤维制软管的直径为180mm。即无源热量采集与供给系统3中通过多个地热采集器7实时采集土壤中的热量，并通过内部的热传导液由下至上传导给位于其上部的固体散热器17，再通过固体散热器17将热量散发给地基热传导层18进行热量储备。这样，无源热量采集与供给系统3则将实时采集的土壤中的热量实时传递给地基热传导层18，由地基热传导层18实时给路面19提供热源，以保证路面19的温度始终高于冰点温度即0℃，从而便有效解决了冬季的降雪积雪问题。所使用的纤维制软管一方面可以导热，另一方面对路面19也起到一定的支撑作用，同时由于其不同于一般的金属制管，不但具有韧性，在埋设过程中不怕弯曲折扭，而且耐腐蚀性能好，埋设在地下不易被腐蚀生锈，因而使用年限长、损耗小。
另外，与储能器2相接的对太阳能进行采集的太阳能热量采集器8也实时对太阳能进行采集并储存于储能器2内部。同时，储能器2上还接有辅助电加热装置23，当实践中阴雪天气严重，路面19需求热量持续增大时，本系统由于长时间工作，储能器2所储存的热量不够时，或者需要短时间内对积存的大量积雪快速进行清除而需要短时间内提供大量热量时，则可以启动辅助电加热装置23。另外，辅助电加热装置23也可以直接接在地基热传导层18上，在短时间内需提供大量热量时，可通过辅助电加热装置23直接为地基热传导层18提供热源。辅助电加热装置23的设置主要是为应付不时之需，能快速给储能器2内储存足够热量或通过辅助电加热装置23直接为地基热传导层18快速提供大量热源，从而能及时解决问题。
综上所述，有源热量采集系统5与无源热量采集与供给系统3均实时对地下土壤21中的热量进行采集，只是无源热量采集与供给系统3实时将所采集到的热量通过固体散热器17、地基热传导层18实时给路面19提供热源，以保证路面19的温度始终高于冰点温度即0℃。而有源热量采集系统5将实时采集到的热量储存于储能器2留待备用，当温度传感器三16检测到的路面19温度低于冰点温度即0℃时，也就是说当无源热量采集与供给系统3所供给的热量不够而路面19对热量的需求量增加时，此时控制系统1根据温度传感器三16所检测的温度信号控制储能器2开启，由储能器2直接为与其相连的地基热传导层18提供热量。即当路面19温度低于冰点温度即0℃，而无源热量采集与供给系统3无法满足路面19的热量供给需求时，启动储能器2补充路面19所需的热量以达到除雪的目的。综上，有源热量采集系统5并非实时向地基热传导层18提供热源，而是通过控制系统1对储能器2进行控制，当路面19对热量的需求量增加时不定时地向地基热传导层18提供热源；当不需要补充热量即常规状态下，例如在春、夏、秋三季即可将所采集的热量全部储存至储能器2，储能器2处于关闭状态，当然所存储的热量也可以用作他用。而与储能器2相接的太阳能热量采集器8与有源热量采集系统5相同，也是将实时采集的热量存储至储能器2留待备用。
因而本实用新型不仅制作使用成本低、投资少、使用操作简便，而且节能环保，将地热与太阳能有效地加以利用且绿色无污染，能源利用率高，其除雪除冰效果好，除雪及时、彻底，能有效解决冬季清除积雪的彻底性与及时性问题，能广泛适用于机场跑道、停机坪、道路、桥面、广场、体育场等地面型的场合，并且使用年限长、损耗小。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。