一种自发热路桥融雪化冰装置

技术领域

本发明属于路桥安全运营领域，涉及一种路桥融雪化冰技术，特别是涉及一种自发热路桥融雪化冰装置。

背景技术

中国大部分地区处于降雪地区，尤其是在初冬和初春季节，桥面冰雪积聚的问题十分常见，由于温度和车辆荷载的变化，路桥表面容易形成薄冰层，当路面冻结时，附着系数迅速降低，结合力显着降低，并且车辆的制动稳定性显着降低，常常导致车辆制动失效，失去方向控制，甚至打滑，同时制动距离显著延长，导致交通事故频繁发生。

目前，广泛使用的融雪冰技术是除冰剂法和机械除冰法。融雪剂法是大部分国家较为常用的融冰法，然而对周围环境、已有建筑和绿色植被均有消极影响。常用的融雪剂主要成分为氯化物，其融雪后形成的氯化物溶液对路面结构(钢筋，混凝土，沥青等)具有高度腐蚀性，严重影响道路和桥梁结构的耐久性和安全性。机械除冰是一种通过冰雪机械的直接作用消除冰雪危机危害的方法。但在涉及到具体的施工过程当中，通常受到路况，薄雪层，温度等条件的制约，用机器去除不同道路上的积雪和刨冰极为困难，同时，传统机械除雪会影响交通通行，并对路面造成损坏，并在稍后阶段维护成本高。另外，目前正在研究推广的电热法融雪冰技术还处于研发阶段。与机械除雪除冰方法相比，电热融除冰技术虽然是一种高效的路面除雪方法，但是成本较高，一旦融雪系统发生故障，维修不便，另外，针对既有路桥，需要封闭式施工，影响交通。

发明内容

本发明的目的是提供一种自发热路桥融雪化冰装置，无需大功率外部电源、施工简单、维修保养方便的路桥融雪除冰装置及施工方法，解决现有技术中腐蚀性、安装维修不便、成本高等不足。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种自发热路桥融雪化冰装置，包括

发热包模块，包括若干自发热包，每个自发热包内均设有与水反应的自发热材料；

融雪化冰管路模块，通过热量管路与每个自发热包相连，将自发热包内产生的热量导入到路面进行融雪化冰；

贮水箱模块，用于存储提供启动自发热包的初始用水；

集水箱模块，用于收集路面溶雪化冰后产生的水，并将这些水通过管路回流至发热包模块，实现循环利用。

当地面温度达到冰点时，贮水箱模块内的水注入自发热包内发生反应形成蒸汽及热空气，蒸汽通过热量管路达到路面层，与周围环境热交换，导致路面温度上升，使得冰雪融化，融化水通过装置上方的集水箱模块收集融雪化冰后产生的水，回收利用对装置内发热包反应所需水源进行补给，当路面温度上升到冰点以上，发热装置停止工作，达到融雪除冰的目的。

本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：利用供水与发热材料发生化学反应供应热量，不需要长期的直流供电，仅需控制电源，采用电池即可维持长时间运行；不受边远地区供电不便的限制。相较于传统的机械除冰装置，不需要大量人力和机械，不影响路面交通，且对路面结构影响较小；相较于电热法，安装、维修方便，无需长时间供电，实用推广性很好，经济效益好，适应性强。

附图说明

图1为本发明自发热路桥融雪化冰装置整体结构图。

图2为本发明融雪化冰管路模块示意图。

图3为本发明单个自发热包结构示意图。

图4为本发明集水箱模块结构示意图。

图5为本发明贮水箱模块结构示意图。

图6为第二个自发热包投用状态示意图。

图7本发明自发热路桥融雪化冰装置在道路上安装分布示意图。

1-自发热路桥融雪化冰装置，2-路面，100-模块化箱体结构，110-盖板，120-发热箱体，200-发热包模块，210-自发热包，211-储水容器，212-发热包，213-自发热材料，214-进水口，215-热量出口，216-浮球控制阀，220-控制水箱，221-顶部入口，222-液位计，230-控制阀门；300-融雪化冰管路模块，310-换热管道，311-换热主管，312-换热支管，320-热量收集管道，400-贮水箱模块，410-贮水箱，420-供水控制阀，500-集水箱模块，510-集水管，511-集水总管，512-集水支管，513-出水管，520-集水箱，521-储水区，522-第一级沉砂池，523-第二级沉砂池，524-大网孔过滤网，525-中网空过滤网，526-小网孔过滤网，527-挡板，528-补水阀，529-循环水阀，530-集水斜板，600-控制模块，700-监测模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明，以下仅仅为本发明技术方案的一种举例，并不代表本发明所有技术方案范围，另外实施例中所用名词有明确定义的以其定义为准，没有明确定义的以行业通用解释为准，以下实施例中未提到详见结构或步骤部分均为现有成熟的技术。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示，本发明提供一种自发热路桥融雪化冰装置，包括

发热包模块200，包括若干自发热包210，每个自发热包210内均设有与水反应的自发热材料213；

融雪化冰管路模块300，通过热量管路与每个自发热包210相连，将自发热包210内产生的热量导入到路面2进行融雪化冰；

贮水箱模块400，用于存储提供启动自发热包210的初始用水；

集水箱模块500，用于收集路面2溶雪化冰后产生的水，并将这些水通过管路回流至发热包模块200，实现循环利用。

本发明通过贮水箱模块400提供启动初始用水，当通过人工或者其他手段判断需要融雪化冰时，启动贮水箱模块400，往发热包模块200注入初始启动用水，水进入发热包模块200后与自发热包210内的自发热材料213发生化学反应，产生大量热，大量热加热空气，热空气上升，通过热量管路进入融雪化冰管路模块300进行融雪化冰，当然产生大量热同时还能产生水蒸气，水蒸气与热空气一起携带热量上升，将热量输送至融雪化冰管路模块300进行融雪化冰。

需要说明的是，所述自发热包210内自发热材料213具体类型并不限制，可以是强酸、强碱、活泼金属的氧化物、无水盐等；强酸一般为浓硫酸，浓高氯酸等；强碱一般为氢氧化钠，氢氧化钾等。活泼金属的氧化物一般氧化钙，氧化钡，氧化锂等。无水盐一般为无水氯化锂，无水氯化锌等。当然，考虑安全性、成本和运行可维护性，一般不选用强酸、强碱。自发热包210一般可以设置为一个储水容器211，可以对储水容器211设置液位计等措施监测液位。自发热材料213可以通过透水材料封装后放置在储水容器211内，封装能够提高自发热材料213使用完后更换速度；透水材料可以采用诸如纱布、透水塑料膜等等，根据自发热材料213与水反应剧烈程度选择透水材料的透水速度，比如反应温和，可以选用纱布或者网纱等高透水材料，水进入自发热包210内即可很快与自发热材料213完全接触并反应放热；当自发热材料213与水反应非常剧烈时，可以选择透水塑料膜等透水速率低的材料，通过控制水与自发热材料213接触速度来控制放热剧烈程度，防止自发热包210内短时间过热，从而引发安全隐患。

当自发热包210内自发热材料213使用完时，可以整体更换所有自发热包210，也可以逐个更换自发热包210，具体根据实际需要进行选择，更换掉的自发热包210一般送往工厂集中更换自发热材料213，相比现场更换自发热材料213成本更低，安全性更好；当然在某些特殊情况下，也可以在现场更换自发热包210内的自发热材料213，此时需要将自发热包210设计为便于现场打开的容器结构，具体为现有技术，本发明不再展开赘述。

为了降低施工成本，提高工程可行性，如图1所示，本发明将自发热路桥融雪化冰装置1模块化设计，封装在模块化箱体结构100内，使用时只需要在路面2预留或者开挖相应空间，将模块化箱体结构100整体安装在其内即可。本发明的模块化箱体结构100包括与路面2平齐的盖板110和埋设于地下与盖板110相连的发热箱体120，盖板110可以采用钢制结构或者混凝土浇注结构，所述发热箱体120可以采用钢制结构或者工程塑料制成；所述融雪化冰管路模块300埋设于盖板110内，用于对盖板110上的冰雪进行融雪化冰；所述发热包模块200、贮水箱模块400和集水箱模块500均设于发热箱体120内。一般来说，盖板110在路面2正投影覆盖面积要大于发热箱体120，融雪化冰管路模块300主要是对盖板110上的冰雪进行融化，当然也可以将融雪化冰管路模块300延伸到盖板110四周的路面2，此时需要再路面2内预埋相应换热管路，具体本发明不再详细展开。

如图1、2、3所示，在一些实施例中，所述发热包模块200还包括控制水箱220，控制水箱220的顶部入口221与贮水箱模块400相连，若干自发热包210自下至上堆叠设置于发热箱体120内底部；所述控制水箱220设置于若干堆叠的自发热包210侧方(图2中右侧)，每个自发热包210的进水口214均通过一个控制阀门230与设置于控制水箱220上相应高度的出水口相连；每个自发热包210在远离进水口214一侧顶部设有热量出口215，所有自发热包210的热量出口215通过热量收集管道320汇集并连通至融雪化冰管路模块300；所述发热箱体120的内水在控制阀门230的控制下进入自发热包210内，与自发热材料213反应产生热空气或者蒸汽，热空气或者蒸汽通过热量出口215进入热量收集管道320，被热量收集管道320汇集后送至融雪化冰管路模块300。

如图3所示，所述自发热包210包括储水容器211和设于储水容器211内的发热包212，所述发热包212本身采用透水材料制成，发热包212内盛装有遇水发热材料，储水容器211右侧设有进水口214，左侧设有热量出口215，储水容器211本身可以采用钢制材料或者工程塑料制成。

需要说明的是，控制水箱220一般无需太大尺寸，但是其高度一般应该覆盖所有堆叠的自发热包210；使用时，通过贮水箱模块400进入控制水箱220内的启动用水，首先通过控制阀门230进入最底部的自发热包210，当最底部的自发热包210内自发热材料213反应完，不能再产生热量时，关闭相应的控制阀门230，打开其上一级自发热包210与控制水箱220之间的控制阀门230，将第二个自发热包210投用；因此需要保证控制水箱220高度覆盖所有自发热包210；因为最先启动最底部的自发热包210，所以只需要少量水即可启动，随着融雪化冰进行，通过集水箱模块500能够回流不少水，所以后续融雪化冰无需担心水源问题，也基本不需要贮水箱模块400再次补水。

需要说明的是，每个发热箱体120内堆叠的自发热包210数量不限，可以根据实际情况进行选择，考虑复杂性，1-10个都可以，本实施例采用4个自发热包210。

如图3所示，在一些实施例中，每个自发热包210的热量出口215均设有一个浮球控制阀216，当自发热包210内液位高于热量出口215时，浮球控制阀216自动关闭热量出口215。所述浮球控制阀216是安全措施，可以防止自发热包210内水进入到热量收集管道320内；正常情况下，当自发热包210内水位涨到与热量出口215差不多位置时，也说明该自发热包210内自发热材料213已经失效，此时关掉相应自发热包210与控制水箱220之间的控制阀门230即可；但为了防止这个时机判断不准，或者判断存在误差情况，在热量出口215设置浮球阀，可以保证安全，杜绝水进入到热量收集管道320内，造成热量收集管道320堵塞。

如图1、2所示，在一些实施例中，所述融雪化冰管路模块300包括埋设于盖板110内的换热管道310，所述换热管道310包括换热主管311和与主管相连的若干换热支管312，所述换热主管311与热量收集管道320相连，接收热空气或者蒸汽携带的热量，并通过换热支管312分散，对盖板110上方的冰雪进行融化。

需要说明的是，换热支管312末端可以是开放式处理，当然为了避免雨水进入，开放口应该朝下，也可以是封闭式或者半封闭式处理，从自发热包210过来携带热量的热空气或者水蒸汽遇到盖板110较低温度，通过热传递的方式将热量传输给盖板110进行融雪化冰，热空气变成冷空气，水蒸气冷凝成水，冷凝水和冷空气可以从换热支管312末端排掉，少量冷凝水在热量收集管道320凝结，会随着热量收集管道320反向流入到自发热包210内(热量出口215的阀门没有关闭的情况下)，另外一方面，由于集水箱模块500的集水作用，使得控制水箱220内的水源源不断进入自发热包210内，使得自发热包210内不会造成负压。

一般情况下，融雪化冰管路模块300的融雪化冰区域仅为盖板110区域，如图7所示，本发明可以设置于道路上局部易结冰区域，进行局部除冰，也可以散点状分布在路面2进行路面整体式除冰。

当然也可以对融雪化冰管路模块300的融雪化冰区域进行扩展，扩展时在路基或者路面2下方预埋换热管，或者仅仅预设孔道，安装自发热路桥融雪化冰装置1时，将换热支管312末端连接至换热管或者对准预设孔道，热空气或蒸汽通过换热支管312末端进入预埋换热管或者预审孔道内对盖板110四周道路进行融雪化冰，而冷空气和蒸汽冷凝水也可以耗散在路层内，或者也可以通过集水箱模块500进行回收利用。

如图1、4、5所示，在一些实施例中，所述集水箱模块500包括埋设于盖板110内表面开设有大量小孔的集水管510和设置与发热箱体120内位于发热包模块200上方的集水箱520，所述集水管510与集水箱520连通或者通过总管汇集后与集水箱520连通；集水箱520的底部出口通过循环水阀529与控制水箱220的顶部入口221相连。

作为一种优选实施例，可以在盖板110上设置若干集水槽(图中未画出)，集水槽上覆盖格栅板或者水沟盖板110，所述集水管510设置于集水槽内，集水管510周身开满大量的梅花孔，用于收集水。为了提高集水效率，将集水管510分为集水总管511和若干集水支管512，遍布盖板110内的集水支管512通过集水总管511汇总后送入集水箱520，当然集水总管511也可以有多根。

或者也可以采用另一种技术方案，比如盖板110本身采用透水混凝土浇注而成，所述集水管510直接预埋在透水混凝土内。

为了提高集水效率，如图4所示，所述集水总管511上设有多跟延伸到集水箱520内的出水管513，以便保证集水总管511内的水及时进入集水箱520内。

如图4所示，在一些实施例中，所述集水箱520内底部通过隔板分割为储水区521和过滤器区，所述过滤器区上方设置集水斜板530，通过集水斜板530将进入集水箱520内回收水汇集到储水区521；所述过滤器区由通过竖直设置于集水箱520内底部隔板分割为若干级依次串联的沉砂池，相邻沉砂池以及储水区521与相邻沉砂池之间的隔板上均设有连通口，最后一级沉砂池设有连通到集水箱520外的集水箱出水口，所述集水箱出水口通过回流道连接至循环水阀529。本实施例中，所述沉砂池有两级，储水区521和第一级沉砂池522之间的第一连通口上设有大网孔过滤网524，第一级沉砂池522和第二级沉砂池523之间的第二连通口上设有中网空过滤网525，第二级沉砂池523右侧的集水箱出水口设有小网孔过滤网526，通过多级网孔过滤网设计不仅提高过滤效率，还延长过滤网的使用周期。

作为一种优选实施例，如图4所示，所述储水区521及所述沉砂池内底部沿着水流回收方向设有多级高度依次递增的挡板527，通过挡板527将储水区521或沉砂池内沿着水流方向分为多级子沉砂池，储水区521内的水需要逐级翻越挡板527才能继续流动，通过挡板527实现沉沙效果最大化。

如图5所示，在一些实施例中，所述贮水箱模块400包括贮水箱401，所述贮水箱401的底部出口通过供水管连通至控制水箱220的顶部入口221，所述供水管上设有供水控制阀420；所述集水箱520出水口的回流道通过补水管与贮水箱401相连，补水管上设有补水阀528。需要说明的是，所述贮水箱401的高度可以比集水箱520高，也可以比集水箱520低；当贮水箱401的高度比集水箱520高时，所述供水管上应当设有动力泵对水进行提升。

可以预见的是，所述贮水箱401应当还设有进水管，以便在最初期加水，储存启动自发热路桥融雪化冰装置1所需用水。

如图1、2所示，在一些实施例中，所述的自发热路桥融雪化冰装置1还包括监测模块700和控制模块600，监测模块700包括若干设置于盖板110上的温度传感器，用于监测盖板110或者路面2是否结冰或者积雪，所述控制模块600与各控制阀相连，用于根据监测模块700的监测情况判断是否启动相应控制阀进行融雪化冰，所述控制模块600可以是PLC控制器也或工控机，具体控制阀根据实际需要进行选择，对于本实施例来说，包括自发热包210与控制水箱220之间的多个控制阀门230，贮水箱401底部进入控制水箱220的供水控制阀420，集水箱520回流至控制水箱220的循环水阀529，以及贮水箱401和集水箱520之间的补水阀528；需要说明的是，还可以在控制水箱220内设置液位计222，将液位计222通过信号线连接至控制模块600，能够采集控制水箱220的水位，通过水位情况控制各个阀门开度，防止启动初期，控制箱内水位过高。

使用时，在路面2施工时预留坑道，将本发明自发热路桥融雪化冰装置1安装在其中即可，或者对于现有道路易结冰区域进行改造，开挖坑道，然后安装自发热路桥融雪化冰装置1。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。