CN101806058A - 用于土体降温的冷冻板及温度控制系统 - Google Patents

用于土体降温的冷冻板及温度控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于土体降温的冷冻板及温度控制系统，它是由冷冻板、温度检测装置、控制器、电子膨胀阀、制冷系统、蒸发器、储液槽构成。制冷系统对蒸发器内的制冷剂制冷；蒸发器与储液槽中的冷冻液进行热交换，使冷冻液温度降低；低温冷冻液流入冷冻板，通过冷冻板对土体制冷；两个温度检测装置分别布设在冷冻板上和储液槽内的冷冻液中，采集到的温度信号反馈给控制器，控制器内部程序进行加权平均后根据这个平均值决定电子膨胀阀的开启度在0～100％之间变化，而开启度又决定蒸发器的制冷量的调节，从而冷冻液以及冷冻板的温度可以得到严格控制。该发明具有直接给土体降温、降温速度快、可形成多个均匀稳定的温度边界条件、无须加热装置、节省能源等优点。

Description

用于土体降温的冷冻板及温度控制系统
技术领域
本发明涉及一种用于土体降温的冷冻板及温度控制系统。
背景技术
世界关注的青藏铁路格尔木至拉萨段，全长1118公里。其中通过多年冻土区的长度为632公里。冻土是青藏铁路修建和安全运营必需要解决的主要问题。要了解冻土的性质，野外现场试验是最直接的方法，但是，现场试验周期长、费用高，因此，室内模型试验是冻土研究必不可少的一种重要手段。进行冻土室内模型试验时，必须通过人工冻结的方法使土体降温，而且，要求严格控制温度边界条件，这样才能使土体的降温过程很好地模拟实际情况。
通常的冻土模型试验装置都是使用风冷方式使土体降温，即制冷系统将蒸发器内的制冷剂温度降低，风扇吹动空气流过蒸发器表面，使得装有土体的试验箱内的环境温度降低，而土体与环境进行热交换，通过这种间接的方式，使土体温度降低。另外，当试验箱内的环境温度低于设定值时，一般还需要一个加热装置来进行补偿。上述方式存在如下缺陷：因为采用间接降温方式，土体降温速度慢；通过空气流动来控制环境温度，温度场不容易均匀、波动性大；并且只能设置一个温度边界条件；需要持续的开机才使环境温度降低，同时又需要加热装置，能源要求较高。
因此，寻找一种经济、节能、而又能控制稳定、均匀的温度边界条件的土体降温装置，是科技人员、工程技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
鉴于上述，本发明的目的旨在提供一种用于土体降温的冷冻板及温度控制系统。将冷冻板覆盖在土体上，冷冻板与制冷系统及温度控制系统连接。温度控制系统使冷冻板的温度场均匀、且温度波动度小，从而为土体提供均匀、稳定的温度边界条件，精确控制土体的降温过程，很好地模拟自然界冻土所处的气候条件。本发明的目的就是为提升冻土科学研究的水平、解决冻土工程问题提供简而易行的土体降温控制装置。
本发明的目的是这样实现的：
一种用于土体降温的冷冻板及温度控制系统，是由冷冻板、温度检测装置、控制器、电子膨胀阀、制冷系统、蒸发器、储液槽构成，制冷系统包括压缩机、冷凝器、风扇及循环泵。冷冻板形状为带流道的夹层平板，拼接覆盖在土体周围；制冷系统与蒸发器通过电子膨胀阀管路连接；蒸发器放置在储液槽内，储液槽和冷冻板通过管路连通，控制器的一端分别与布设在冷冻板上和储液槽内的冷冻液中的两个温度检测装置相连，另一端与电子膨胀阀相连。
上述电子膨胀阀的开启度在0～100％之间变化。
本发明的优点和有益效果是：
1.采用冷冻板为带流道的夹层平板，流道中流通着冷冻液，直接接触土体，使土体降温，降温速度快。
2.使用时可根据具体需要采用多块冷冻板，每块冷冻板控制不同的温度，从而形成多个温度边界条件。譬如自然界的土体上表面和下表面的温度条件是不一样的，通过冷冻板降温就能够模拟这种情况。
3.通过温度控制系统使冷冻板的温度场均匀、稳定，从而为土体提供稳定、均匀的温度边界条件。
4.无须对整个环境降温，因而不需要加热装置，节省了能源，保护了环境。
附图说明
图1是本发明的示意图。
图2是图1中冷冻板覆盖在土体上的示意图。
图3是图2中冷冻板的水平剖面示意图。
具体实施方式
如图1-4所示，一种用于土体降温的冷冻板及温度控制系统，是由冷冻板2、温度检测装置3、控制器4、电子膨胀阀5、制冷系统6、蒸发器7、储液槽8构成，制冷系统6包括压缩机、冷凝器、风扇及循环泵。冷冻板2是一种热交换器，由铝镁合金材料制成，形状为带流道的夹层平板，流道流动着冷冻液，冷冻板2併接覆盖在土体1上。温度检测装置3是铂电阻温度传感器。蒸发器7由紫铜管制成，通过电子膨胀阀5管路管与制冷系统6相连。储液槽8由不锈钢板制成双层槽体，不锈钢板夹层中间冲填聚氨脂发泡材料，槽体上带有同样工艺制成的盖子，构成保温储液槽，槽内装冷冻液。
具体实施方式分为制冷方式和温度控制方式，并以两个方式予以说明：
制冷方式：制冷系统6与蒸发器7通过电子膨胀阀5管路连接，制冷剂在制冷系统6和蒸发器7之间循环流动，制冷系统6对制冷剂制冷，电子膨胀阀5控制制冷剂的流量；蒸发器7放置在储液槽8内，蒸发器7与储液槽8中的冷冻液进行热交换，使冷冻液温度降低；储液槽8和冷冻板2通过管路连接，冷冻液在储液槽7和冷冻板2流道之间循环流动；低温冷冻液通过冷冻板2流道与土体1进行热交换，土体1中的热量传给冷冻液，冷冻液温度升高后流回储液槽8，使整个储液槽内的冷冻液温度回升，从而蒸发器7内的制冷剂温度也回升，制冷系统6再次对蒸发器7中的制冷剂制冷，形成一个制冷循环。
温度控制方式：控制器4的一端分别与布设在冷冻板2上和储液槽8内的冷冻液中的两个温度检测装置3相连，另一端与电子膨胀阀5连接；两个温度检测装置3分别布设在冷冻板2上和储液槽8内的冷冻液中，采集到的两个温度信号反馈给控制器4，控制器4内部程序进行加权平均后再根据这个平均值决定电子膨胀阀5的开启度，而电子膨胀阀5的开启度又决定了蒸发器7内的制冷剂流量，开启度越大，制冷剂流量越大；事先在控制器4上通过程序预设一个温度值和容差，譬如预设温度为-10℃，容差为±0.1℃，则温度变化范围应为-10.1℃～-9.9℃，当反馈温度平均值低于-10.1℃时，电子膨胀阀5开启度为0，当反馈温度高于-9.9℃，电子膨胀阀5的开启度为100％，当反馈温度在-10.1℃～-9.9℃之间变化时，电子膨胀阀5的开启度在0～100％之间变化；通过这套温度控制系统使反馈温度平均值在设定范围内变化，从而冷冻板2的温度能够得到精确控制，最终土体的降温过程也得到精确控制。

Claims (2)

1.一种用于土体降温的冷冻板及温度控制系统，是由冷冻板(2)、温度检测装置(3)、控制器(4)、电子膨胀阀(5)、制冷系统(6)、蒸发器(7)、储液槽(8)构成，制冷系统(6)包括压缩机、冷凝器、风扇及循环泵，其特征是冷冻板(2)形状为带流道的夹层平板，冷冻板(2)拼接覆盖在土体(1)周围；制冷系统(6)与蒸发器(7)通过电子膨胀阀(5)管路连接；蒸发器(7)放置在储液槽(8)内，储液槽(8)和冷冻板(2)通过管路连通，控制器(4)的一端分别与布设在冷冻板(2)上和储液槽(8)内的冷冻液中的两个温度检测装置(3)相连，另一端与电子膨胀阀(5)相连。
2.一种用于土体降温的冷冻板及温度控制系统，其特征是：上述的电子膨胀阀(5)，其开启度在0～100％之间变化。
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