CN112502747B - 一种基于风能致热的隧道防冻保暖装置、方法及应用 - Google Patents

一种基于风能致热的隧道防冻保暖装置、方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于风能致热的隧道防冻保暖装置、方法及应用，装置包括风能致热单元、蓄热单元和控制单元，其中：风能致热单元具有搅拌式加热机构、风力机以及液位调整机构；蓄热单元具有蓄热室以及与可与蓄热室换热的加热室和取热室，加热室与搅拌式加热机构连接，取热室与用热终端隧道相连接；控制单元具有主控机以及分别与主控机相连并用于采集搅拌式加热机构的搅拌转速的转速传感器、用于采集蓄热室温度的温度传感器以及用于控制液位调整机构与搅拌式加热机构连通的电磁阀和泵组件。与现有技术相比，本发明可以利用风能致热的装置以实现隧道防冻保温，对隧道工程防冻保暖有重大意义。

Description

一种基于风能致热的隧道防冻保暖装置、方法及应用
技术领域
本发明涉及隧道防冻保暖技术领域，尤其是涉及一种基于风能致热的隧道防冻保暖装置、方法及应用。
背景技术
公路和铁路等基础设施向高海拔等气候条件恶劣的寒冷地区延伸，在高寒地区规划和修建的隧道越来越多，且隧道长度越来越长。大量寒区铁路和公路隧道建设和运营情况表明，低温引起的冻害普遍存在，这些冻害既对隧道结构造成严重破坏，同时也给运营安全造成重大安全隐患。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于风能致热的隧道防冻保暖装置和方法。可以利用风能致热的装置以实现隧道防冻保温，对隧道工程防冻保暖有重大意义。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于风能致热的隧道防冻保暖装置，用于用热终端隧道的防冻保暖，包括：
风能致热单元，具有用于加热高温介质的搅拌式加热机构、用于驱动搅拌式加热机构工作的风力机以及用于调整搅拌式加热机构内加热介质液位的液位调整机构，
蓄热单元，具有蓄热室以及与可与蓄热室换热的加热室和取热室，所述的加热室设有高温介质通道，并与搅拌式加热机构连接，所述的取热室设有低温介质通道，并与用热终端隧道相连接，
控制单元，具有主控机以及分别与主控机相连并用于采集搅拌式加热机构的搅拌转速的转速传感器、用于采集蓄热室温度的温度传感器以及用于控制液位调整机构与搅拌式加热机构连通的电磁阀和泵组件。
作为本发明优选的实施方式，所述的搅拌式加热机构包括搅拌容器、可在搅拌容器内转动的搅拌转子以及用于增大液体摩擦的挡流板。
作为本发明优选的实施方式，所述的挡流板设有多个，沿搅拌转子转动周向方向布置于搅拌容器内，且与搅拌转子互不干涉。
作为本发明优选的实施方式，所述的搅拌容器还具有保温层。
作为本发明优选的实施方式，所述的液位调整机构包括高温介质存储桶以及用于连接液位调整机构与搅拌式加热机构的高温介质输送管，所述的电磁阀和泵组件设置于高温介质输送管上。
作为本发明优选的实施方式，所述的蓄热室与加热室之间以及蓄热室与取热室之间设有隔板；优选蓄热室设有用于换热和蓄热的多根重力式热管，且重力式热管上设有用于增强传热的肋片。
作为本发明优选的实施方式，所述的取热室的低温介质通道和加热室的高温介质通道内设有用于增大流体湍流强度和停留时间的挡板。
作为本发明优选的实施方式，该装置还包括远程控制器，用于输入参数的目标值。
本发明第二方面提供一种基于风能致热的隧道防冻保暖方法，采用所述的装置，包括以下步骤：
S1：在隧道地带多风处建立所述的装置，与用热终端隧道连接，并调试设备；
S2：通过远程控制器输入搅拌式加热机构的搅拌转速目标值和/或蓄热室的温度目标值，并传输到主控机；
S3：主控机通过电磁阀和泵组件，控制搅拌式加热机构内的液位及搅拌转速值，进而控制蓄热室的温度，转速传感器和温度传感器再次采集搅拌转速和温度信息，传输到主控机，主控机根据反馈值和目标值之间的差值控制电磁阀和泵组件，进而控制搅拌转速和/或蓄热室的温度，使得反馈值向目标值迫近，直至达到且保持在目标值。
本发明第三发面提供一种基于风能致热的隧道防冻保暖方法的应用，将其应用于高寒地带的用热终端隧道。
与现有技术相比，本发明用于隧道防冻保暖工程，运用风能致热单元、蓄热单元、控制单元，通过风能致热、信号传递、伺服控制、反馈调节等步骤，能够实现对高寒地区隧道防冻保暖的目标，对隧道工程防冻保暖有重大意义。
附图说明
图1为本发明基于风能致热的隧道防冻保暖装置的示意图。
图2为本发明基于风能致热的隧道防冻保暖装置的控制流程图。
图中，1为风力机，2为搅拌转子，3为挡流板，4为搅拌容器，5为高温介质输送管，6为高温介质存储桶，7为电磁阀和泵组件，8为主控机，9为转速传感器，10为温度传感器，11为取热室，12为加热室，13为蓄热室，14为用热终端隧道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种基于风能致热的隧道防冻保暖装置，如图1所示，用于用热终端隧道14的防冻保暖，包括风能致热单元、蓄热单元和控制单元，其中：风能致热单元具有用于加热高温介质的搅拌式加热机构、用于驱动搅拌式加热机构工作的风力机1以及用于调整搅拌式加热机构内加热介质液位的液位调整机构；蓄热单元具有蓄热室13以及与可与蓄热室13换热的加热室12和取热室11，加热室12设有高温介质通道，并与搅拌式加热机构连接，取热室11设有低温介质通道，并与用热终端隧道14相连接；控制单元具有主控机8以及分别与主控机8相连并用于采集搅拌式加热机构的搅拌转速的转速传感器9、用于采集蓄热室13温度的温度传感器10以及用于控制液位调整机构与搅拌式加热机构连通的电磁阀和泵组件7。该装置还可以包括远程控制器（例如触摸屏），用于输入参数的目标值。其中，高温介质指用于加热蓄热室13的介质。低温介质是指用于从蓄热室13取热的介质。
本实施例中，涉及到的传感器及主控机，若无特殊说明，均可以采用市售的相关产品。
本实施例中，优选风力机1用于接收风力（例如可以是隧道上部风力）并将风力转化为机械能。优选搅拌式加热机构包括搅拌容器4、可在搅拌容器4内转动的搅拌转子2以及用于增大液体摩擦的挡流板3。风力机1的转轴可通过机械传动的方式驱动搅拌转子2进行转动，并对搅拌容器4内的液体（高温介质），机械传动的方式包括齿轮驱动、传动带驱动等等合适的方式。本实施例中，转速传感器9与搅拌转子连接在一起，风力机转速高于额定转速时，致热系统停止工作，防止转轴转速过快，起到保护装置的作用。
本实施例中优选挡流板3设有多个，沿搅拌转子2转动周向方向布置于搅拌容器4内，且与搅拌转子2互不干涉。通过设置挡流板3，增大了器壁与液体的摩擦，将机械能转化为热能。进一步优选搅拌容器4还设有保温层。通过设置保温层，降低液体与外界的热量交换，起到保温作用。
本实施例中，优选液位调整机构包括高温介质存储桶6以及用于连接液位调整机构与搅拌式加热机构的高温介质输送管5，电磁阀和泵组件7设置于高温介质输送管5上。通过打开、关闭电磁阀和泵组件7，强制自动调整搅拌器内的液位高度。
本实施例中，加热室12用于接收经过风能致热单元加热的高温介质，经过加热室12的高温介质通道将热量传递至蓄热室13，蓄热室13可以接收来自加热室12的热量，也可以将蓄热室13的热量传递至取热室11中，取热室11是指低温介质通过取热室11后，接收来自蓄热室13的热量，直接将低温介质加热至规定热量，供给用热终端隧道14。蓄热单元的优点在于能够储存过剩能量，并用于风能微弱的时候，能够更好地适应风能收集的特点。优选蓄热室13与加热室12之间以及蓄热室13与取热室11之间设有隔板；优选蓄热室13设有用于换热和蓄热的多根重力式热管，且重力式热管上设有用于增强传热的肋片。优选取热室11的低温介质通道和加热室12的高温介质通道内设有用于增大流体湍流强度和停留时间的挡板。提升传热效果。
本实施例基于风能致热的隧道防冻保暖方法，采用上述装置，如图2所示，包括以下步骤：
S1：在隧道地带多风处建立装置，与用热终端隧道14连接，并调试设备。可以安装风力机1、搅拌式加热机构、搅拌式加热机构、蓄热单元、控制单元，再连接供热末端（用热终端隧道），最后通电后，确认整个装置安装无误；安装转速传感器9，避免与挡流板3接触，调试转速传感器9直至出现转速信息；安装温度传感器10，打开电磁阀，启动泵开关，调试温度传感器10，直至能稳定地测到蓄热室13内的温度；安装的转速传感器9和温度传感器10都可以将采集的搅拌转子转速、蓄热室温度等信息发出；安装并连接主控机8、电磁阀和泵组件7，调节主控机8接收温度传感器10和转速传感器9发出的信号。
S2：通过远程控制器输入搅拌式加热机构的搅拌转速目标值（定转速值）和/或蓄热室13的温度目标值（定温度值），并传输到主控机8。
S3：主控机8通过电磁阀和泵组件7，控制搅拌式加热机构内的液位及搅拌转速值，进而控制蓄热室13的温度，转速传感器9和温度传感器10再次采集搅拌转速和温度信息，传输到主控机8，主控机8根据反馈值（实际转速和/或温度）和目标值（定转速值和/或定温度值）之间的差值控制电磁阀和泵组件7，进而控制搅拌转速和/或蓄热室的温度，使得反馈值向目标值迫近，直至达到且保持在目标值。
上述基于风能致热的隧道防冻保暖方法可应用于高寒地带的用热终端隧道14。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种风能致热的隧道防冻保暖装置的应用，其特征在于，所述隧道防冻保暖装置设于高寒地带隧道（14）的多风处；
所述隧道防冻保暖装置包括：
风能致热单元，具有用于加热高温介质的搅拌式加热机构、用于驱动搅拌式加热机构工作的风力机（1）以及用于调整搅拌式加热机构内加热介质液位的液位调整机构，
蓄热单元，具有蓄热室（13）以及与可与蓄热室（13）换热的加热室（12）和取热室（11），所述的加热室（12）设有高温介质通道，并与搅拌式加热机构连接，所述的取热室（11）设有低温介质通道，并与用热终端隧道（14）相连接，
控制单元，具有主控机（8）以及分别与主控机（8）相连并用于采集搅拌式加热机构的搅拌转速的转速传感器（9）、用于采集蓄热室（13）温度的温度传感器（10）以及用于控制液位调整机构与搅拌式加热机构连通的电磁阀和泵组件（7）；
所述的搅拌式加热机构包括搅拌容器（4）、可在搅拌容器（4）内转动的搅拌转子（2）以及用于增大液体摩擦的挡流板（3）；
所述的蓄热室（13）设有用于换热和蓄热的多根重力式热管，且重力式热管上设有用于增强传热的肋片；
所述的液位调整机构包括高温介质存储桶（6）以及用于连接液位调整机构与搅拌式加热机构的高温介质输送管（5），所述的电磁阀和泵组件（7）设置于高温介质输送管（5）上。
2.根据权利要求1所述的一种风能致热的隧道防冻保暖装置的应用，其特征在于，所述的挡流板（3）设有多个，沿搅拌转子（2）转动周向方向布置于搅拌容器（4）内，且与搅拌转子（2）互不干涉。
3.根据权利要求1所述的一种风能致热的隧道防冻保暖装置的应用，其特征在于，所述的搅拌容器（4）还具有保温层。
4.根据权利要求1所述的一种风能致热的隧道防冻保暖装置的应用，其特征在于，所述的蓄热室（13）与加热室（12）之间以及蓄热室（13）与取热室（11）之间设有隔板。
5.根据权利要求1所述的一种风能致热的隧道防冻保暖装置的应用，其特征在于，所述的取热室（11）的低温介质通道和加热室（12）的高温介质通道内设有用于增大流体湍流强度和停留时间的挡板。
6.根据权利要求1所述的一种风能致热的隧道防冻保暖装置的应用，其特征在于，该装置还包括远程控制器，用于输入参数的目标值。
7.根据权利要求1所述的一种风能致热的隧道防冻保暖装置的应用，其特征在于，隧道防冻保暖装置在使用时包括以下步骤：
S1：在隧道地带多风处建立所述的装置，与用热终端隧道（14）连接，并调试设备；
S2：通过远程控制器输入搅拌式加热机构的搅拌转速目标值和/或蓄热室（13）的温度目标值，并传输到主控机（8）；
S3：主控机（8）通过电磁阀和泵组件（7），控制搅拌式加热机构内的液位及搅拌转速值，进而控制蓄热室（13）的温度，转速传感器（9）和温度传感器（10）再次采集搅拌转速和温度信息，传输到主控机（8），主控机（8）根据反馈值和目标值之间的差值控制电磁阀和泵组件（7），进而控制搅拌转速和/或蓄热室的温度，使得反馈值向目标值迫近，直至达到且保持在目标值。
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