專利名稱：用于土體降溫的冷凍板及溫度控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于土體降溫的冷凍板及溫度控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
世界關(guān)注的青藏鐵路格爾木至拉薩段，全長(zhǎng)1118公里。其中通過多年凍土區(qū)的長(zhǎng)度為632公里。凍土是青藏鐵路修建和安全運(yùn)營(yíng)必需要解決的主要問題。要了解凍土的性 質(zhì)，野外現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是最直接的方法，但是，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)周期長(zhǎng)、費(fèi)用高，因此，室內(nèi)模型試驗(yàn)是 凍土研究必不可少的一種重要手段。進(jìn)行凍土室內(nèi)模型試驗(yàn)時(shí)，必須通過人工凍結(jié)的方法 使土體降溫，而且，要求嚴(yán)格控制溫度邊界條件，這樣才能使土體的降溫過程很好地模擬實(shí) 際情況。通常的凍土模型試驗(yàn)裝置都是使用風(fēng)冷方式使土體降溫，即制冷系統(tǒng)將蒸發(fā)器內(nèi) 的制冷劑溫度降低，風(fēng)扇吹動(dòng)空氣流過蒸發(fā)器表面，使得裝有土體的試驗(yàn)箱內(nèi)的環(huán)境溫度 降低，而土體與環(huán)境進(jìn)行熱交換，通過這種間接的方式，使土體溫度降低。另外，當(dāng)試驗(yàn)箱內(nèi) 的環(huán)境溫度低于設(shè)定值時(shí)，一般還需要一個(gè)加熱裝置來進(jìn)行補(bǔ)償。上述方式存在如下缺陷 因?yàn)椴捎瞄g接降溫方式，土體降溫速度慢；通過空氣流動(dòng)來控制環(huán)境溫度，溫度場(chǎng)不容易均 勻、波動(dòng)性大；并且只能設(shè)置一個(gè)溫度邊界條件；需要持續(xù)的開機(jī)才使環(huán)境溫度降低，同時(shí) 又需要加熱裝置，能源要求較高。因此，尋找一種經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、而又能控制穩(wěn)定、均勻的溫度邊界條件的土體降溫裝 置，是科技人員、工程技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述，本發(fā)明的目的旨在提供一種用于土體降溫的冷凍板及溫度控制系統(tǒng)。 將冷凍板覆蓋在土體上，冷凍板與制冷系統(tǒng)及溫度控制系統(tǒng)連接。溫度控制系統(tǒng)使冷凍板 的溫度場(chǎng)均勻、且溫度波動(dòng)度小，從而為土體提供均勻、穩(wěn)定的溫度邊界條件，精確控制土 體的降溫過程，很好地模擬自然界凍土所處的氣候條件。本發(fā)明的目的就是為提升凍土科 學(xué)研究的水平、解決凍土工程問題提供簡(jiǎn)而易行的土體降溫控制裝置。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的—種用于土體降溫的冷凍板及溫度控制系統(tǒng)，是由冷凍板、溫度檢測(cè)裝置、控制 器、電子膨脹閥、制冷系統(tǒng)、蒸發(fā)器、儲(chǔ)液槽構(gòu)成，制冷系統(tǒng)包括壓縮機(jī)、冷凝器、風(fēng)扇及循環(huán) 泵。冷凍板形狀為帶流道的夾層平板，拼接覆蓋在土體周圍；制冷系統(tǒng)與蒸發(fā)器通過電子膨 脹閥管路連接；蒸發(fā)器放置在儲(chǔ)液槽內(nèi)，儲(chǔ)液槽和冷凍板通過管路連通，控制器的一端分別 與布設(shè)在冷凍板上和儲(chǔ)液槽內(nèi)的冷凍液中的兩個(gè)溫度檢測(cè)裝置相連，另一端與電子膨脹閥 相連。上述電子膨脹閥的開啟度在0 100%之間變化。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是1.采用冷凍板為帶流道的夾層平板，流道中流通著冷凍液，直接接觸土體，使土體降溫，降溫速度快。 2.使用時(shí)可根據(jù)具體需要采用多塊冷凍板，每塊冷凍板控制不同的溫度，從而形成多個(gè)溫度邊界條件。譬如自然界的土體上表面和下表面的溫度條件是不一樣的，通過冷 凍板降溫就能夠模擬這種情況。3.通過溫度控制系統(tǒng)使冷凍板的溫度場(chǎng)均勻、穩(wěn)定，從而為土體提供穩(wěn)定、均勻的 溫度邊界條件。4.無須對(duì)整個(gè)環(huán)境降溫，因而不需要加熱裝置，節(jié)省了能源，保護(hù)了環(huán)境。


圖1是本發(fā)明的示意圖。圖2是圖1中冷凍板覆蓋在土體上的示意圖。圖3是圖2中冷凍板的水平剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1-4所示，一種用于土體降溫的冷凍板及溫度控制系統(tǒng)，是由冷凍板2、溫度 檢測(cè)裝置3、控制器4、電子膨脹閥5、制冷系統(tǒng)6、蒸發(fā)器7、儲(chǔ)液槽8構(gòu)成，制冷系統(tǒng)6包括 壓縮機(jī)、冷凝器、風(fēng)扇及循環(huán)泵。冷凍板2是一種熱交換器，由鋁鎂合金材料制成，形狀為帶 流道的夾層平板，流道流動(dòng)著冷凍液，冷凍板2併接覆蓋在土體1上。溫度檢測(cè)裝置3是鉬 電阻溫度傳感器。蒸發(fā)器7由紫銅管制成，通過電子膨脹閥5管路管與制冷系統(tǒng)6相連。儲(chǔ) 液槽8由不銹鋼板制成雙層槽體，不銹鋼板夾層中間沖填聚氨脂發(fā)泡材料，槽體上帶有同 樣工藝制成的蓋子，構(gòu)成保溫儲(chǔ)液槽，槽內(nèi)裝冷凍液。
具體實(shí)施方式
分為制冷方式和溫度控制方式，并以兩個(gè)方式予以說明制冷方式制冷系統(tǒng)6與蒸發(fā)器7通過電子膨脹閥5管路連接，制冷劑在制冷系統(tǒng) 6和蒸發(fā)器7之間循環(huán)流動(dòng)，制冷系統(tǒng)6對(duì)制冷劑制冷，電子膨脹閥5控制制冷劑的流量； 蒸發(fā)器7放置在儲(chǔ)液槽8內(nèi)，蒸發(fā)器7與儲(chǔ)液槽8中的冷凍液進(jìn)行熱交換，使冷凍液溫度降 低；儲(chǔ)液槽8和冷凍板2通過管路連接，冷凍液在儲(chǔ)液槽7和冷凍板2流道之間循環(huán)流動(dòng)； 低溫冷凍液通過冷凍板2流道與土體1進(jìn)行熱交換，土體1中的熱量傳給冷凍液，冷凍液溫 度升高后流回儲(chǔ)液槽8，使整個(gè)儲(chǔ)液槽內(nèi)的冷凍液溫度回升，從而蒸發(fā)器7內(nèi)的制冷劑溫度 也回升，制冷系統(tǒng)6再次對(duì)蒸發(fā)器7中的制冷劑制冷，形成一個(gè)制冷循環(huán)。溫度控制方式控制器4的一端分別與布設(shè)在冷凍板2上和儲(chǔ)液槽8內(nèi)的冷凍液 中的兩個(gè)溫度檢測(cè)裝置3相連，另一端與電子膨脹閥5連接；兩個(gè)溫度檢測(cè)裝置3分別布設(shè) 在冷凍板2上和儲(chǔ)液槽8內(nèi)的冷凍液中，采集到的兩個(gè)溫度信號(hào)反饋給控制器4，控制器4 內(nèi)部程序進(jìn)行加權(quán)平均后再根據(jù)這個(gè)平均值決定電子膨脹閥5的開啟度，而電子膨脹閥5 的開啟度又決定了蒸發(fā)器7內(nèi)的制冷劑流量，開啟度越大，制冷劑流量越大；事先在控制器 4上通過程序預(yù)設(shè)一個(gè)溫度值和容差，譬如預(yù)設(shè)溫度為-10°C，容差為士0. 1°C，則溫度變化 范圍應(yīng)為-10. 1°C -9. 9°C，當(dāng)反饋溫度平均值低于-10. 1°C時(shí)，電子膨脹閥5開啟度為0， 當(dāng)反饋溫度高于-9. 9°C，電子膨脹閥5的開啟度為100%，當(dāng)反饋溫度在-10. 1°C -9. 9°C 之間變化時(shí)，電子膨脹閥5的開啟度在0 100%之間變化；通過這套溫度控制系統(tǒng)使反饋 溫度平均值在設(shè)定范圍內(nèi)變化，從而冷凍板2的溫度能夠得到精確控制，最終土體的降溫過程也得到精確控制.
權(quán)利要求
一種用于土體降溫的冷凍板及溫度控制系統(tǒng)，是由冷凍板(2)、溫度檢測(cè)裝置(3)、控制器(4)、電子膨脹閥(5)、制冷系統(tǒng)(6)、蒸發(fā)器(7)、儲(chǔ)液槽(8)構(gòu)成，制冷系統(tǒng)(6)包括壓縮機(jī)、冷凝器、風(fēng)扇及循環(huán)泵，其特征是冷凍板(2)形狀為帶流道的夾層平板，冷凍板(2)拼接覆蓋在土體(1)周圍；制冷系統(tǒng)(6)與蒸發(fā)器(7)通過電子膨脹閥(5)管路連接；蒸發(fā)器(7)放置在儲(chǔ)液槽(8)內(nèi)，儲(chǔ)液槽(8)和冷凍板(2)通過管路連通，控制器(4)的一端分別與布設(shè)在冷凍板(2)上和儲(chǔ)液槽(8)內(nèi)的冷凍液中的兩個(gè)溫度檢測(cè)裝置(3)相連，另一端與電子膨脹閥(5)相連。
2.一種用于土體降溫的冷凍板及溫度控制系統(tǒng)，其特征是上述的電子膨脹閥(5)，其 開啟度在O 100%之間變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于土體降溫的冷凍板及溫度控制系統(tǒng)，它是由冷凍板、溫度檢測(cè)裝置、控制器、電子膨脹閥、制冷系統(tǒng)、蒸發(fā)器、儲(chǔ)液槽構(gòu)成。制冷系統(tǒng)對(duì)蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑制冷；蒸發(fā)器與儲(chǔ)液槽中的冷凍液進(jìn)行熱交換，使冷凍液溫度降低；低溫冷凍液流入冷凍板，通過冷凍板對(duì)土體制冷；兩個(gè)溫度檢測(cè)裝置分別布設(shè)在冷凍板上和儲(chǔ)液槽內(nèi)的冷凍液中，采集到的溫度信號(hào)反饋給控制器，控制器內(nèi)部程序進(jìn)行加權(quán)平均后根據(jù)這個(gè)平均值決定電子膨脹閥的開啟度在0～100％之間變化，而開啟度又決定蒸發(fā)器的制冷量的調(diào)節(jié)，從而冷凍液以及冷凍板的溫度可以得到嚴(yán)格控制。該發(fā)明具有直接給土體降溫、降溫速度快、可形成多個(gè)均勻穩(wěn)定的溫度邊界條件、無須加熱裝置、節(jié)省能源等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E01B2/00GK101806058SQ201010120548
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月4日
發(fā)明者劉繼民, 李國(guó)玉, 沈穎, 趙淑萍, 馬巍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所