專利名稱：一種隧道供熱防凍系統(tǒng)的制作方法
一種隧道供熱防凍系統(tǒng)技術領域：
本發(fā)明涉及隧道防凍害領域，尤其是涉及一種能夠利用風能和太陽能轉(zhuǎn)換為熱能的隧道供熱防凍系統(tǒng)。背景技術：
公知的，我國嚴寒地區(qū)的鐵路、公路隧道均存在有不同程度的凍害現(xiàn)象，其主要表現(xiàn)為隧道襯砌凍漲開裂、酥碎、剝落、掛冰、道床冒水、積水及結(jié)冰等，這些凍害嚴重威脅到了行車安全；
目前，為徹底解決寒區(qū)隧道凍害的方法是采用供熱防凍技術，其主要有以下三種:
1、利用鍋爐對隧道通暖氣，但在實際應用中，由于該方法存在有費用高，耗資源，且污染空氣等缺陷而難以推廣；2、在隧道洞壁埋設加熱電纜對隧道襯砌進行加熱，如公開號為CN102296972A專利申請所公開的“一種寒區(qū)隧道電伴熱主動保溫防凍設施及其施工方法”，該方法采用將加熱電纜布置于隧道的二次襯砌表面，再將加熱電纜與溫度控制器連接，并將溫度控制器上連接的控溫探頭置于加熱電纜旁側(cè)，然后在加熱電纜上布置的保溫板，再在保溫板表面布置防火板，最終通過加熱電纜實現(xiàn)對隧道的主動保溫防凍，然而，這種方法卻存在有運營、維護及管理費用較高，能耗較大的缺陷；3、采用地源熱泵對隧道洞口段進行加熱，如公開號為CN101672189B和CN101672188B的專利所公開的“地源熱泵加熱系統(tǒng)”，其就是將隧道圍巖作為熱源，將熱交換管埋設在隧道初襯或二襯中，以隧道結(jié)構(gòu)作為熱交換器，再通過隧道基礎或襯砌從周圍地層中獲取地溫能，從而實現(xiàn)對隧道洞口段的供熱防凍，但是，這樣的系統(tǒng)不但存在有初期投資大的缺陷，而且其在運行期間的25% 30%的熱負荷仍然需要通過電能來承擔； 綜上所述，現(xiàn)有的對寒區(qū)隧道進行供熱防凍的方法不同程度的存在有資源消耗多，資金投入大，運營成本高等缺陷。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服背景技術中的不足，本發(fā)明公開了一種隧道供熱防凍系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)不但能夠有效去除寒區(qū)隧道的凍害問題，而且在運營時效率較高，成本較低，同時還能達到節(jié)能減排的目的。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
一種隧道供熱防凍系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)包含供暖管路子系統(tǒng)、太陽能蓄熱子系統(tǒng)、風力發(fā)電蓄電子系統(tǒng)、工業(yè)電源7和控制器14，其中，供暖管路子系統(tǒng)的作用是通過向鋪設在隧道襯砌和水溝的相應管路提供循環(huán)熱水來達到供熱防凍的效果；太陽能蓄熱子系統(tǒng)的作用是利用太陽能加熱供暖管路子系統(tǒng)的循環(huán)用熱水；風力發(fā)電蓄電子系統(tǒng)及工業(yè)電源7的作用是利用風力轉(zhuǎn)化的電能或工業(yè)電輔助加熱供暖管路子系統(tǒng)的循環(huán)用熱水；所述的太陽能蓄熱子系統(tǒng)、風力發(fā)電蓄電子系統(tǒng)和工業(yè)電源7均通過設有環(huán)境溫度傳感器35的控制器14控制動作。所述的隧道供熱防凍系統(tǒng)，所述的風力發(fā)電蓄電子系統(tǒng)包含風機編組1、蓄電池組4和DC-AC逆變器5 ;所述的風機編組I設置在隧道洞口外的迎風區(qū)域，其通過風機控制器2與直流中心3連接；所述的直流中心3分別連接有蓄電池組4和DC-AC逆變器5，且DC-AC逆變器5與工業(yè)電源7通過雙電源自動切換開關6與設于供熱管路子系統(tǒng)內(nèi)恒溫水箱23中的電加熱器22連接；所述的風機控制器2、直流中心3和雙電源自動切換開關6均與控制器14連接；
所述的太陽能蓄熱子系統(tǒng)包含太陽能集熱器編組8和太陽能儲熱水箱17 ;所述的太陽能集熱器編組8設在隧道洞外日照充足的開闊區(qū)域，其一端通過設有第一溫度傳感器9、排氣閥10和第一節(jié)流閥15的管路與太陽能儲熱水箱17的上部一側(cè)連通，其另一端通過設有水處理器11和第一循環(huán)泵13的管路與太陽能儲熱水箱17的下部連通；所述的太陽能儲熱水箱17設有與控制器14連接的第二溫度傳感器12，且太陽能儲熱水箱17通過設有第二節(jié)流閥20的管路與鋪設在隧道側(cè)水溝34內(nèi)的集水管27連通；太陽能儲熱水箱17的上部另一側(cè)設有補水管路29,該補水管路29中設有第一電磁閥18,該第一電磁閥18與設于太陽能儲熱水箱17的第一液位傳感器16連接；所述的第一溫度傳感器9、第二溫度傳感器12和第一循環(huán)泵13均與控制器14連接；
所述的供暖管路子系統(tǒng)包含電加熱器22、恒溫水箱23和供熱干管26 ;所述的恒溫水箱23上部通過設有第二電磁閥19的管路與太陽能儲熱水箱17連通，該第二電磁閥19與設于恒溫水箱23的第二液位傳感器21連接；所述的恒溫水箱23下部通過設有第二循環(huán)泵24和止回閥25的管路與供熱干管26連通；所述的供熱干管26與鋪設在隧道側(cè)水溝34以及初噴混凝土 30和保溫層31之間的供熱管28連通；所述的第二循環(huán)泵24與控制器14連接。所述的隧道供熱防凍系統(tǒng)，所述的供熱管28通過中心排水管33鋪設于隧道的側(cè)水溝以及初噴混凝土 30和保溫層31之間，且位于中心排水管33內(nèi)的供熱管28與每兩個隧道水溝檢查井32之間的集水管27連接形成一個獨立供熱回路，該供熱回路與供熱干管26相連后與太陽能蓄熱子系統(tǒng)構(gòu)成回路。所述的隧道供熱防凍系統(tǒng)，所述系統(tǒng)的設置步驟如下:
1、根據(jù)需要安裝所述系統(tǒng)的隧道所處位置的氣象條件及隧道設計資料進行隧道供熱負荷計算；
2、根據(jù)隧道所處位置的氣象條件進行所述系統(tǒng)的選型及配置計算；
3、在初噴混凝土施工完成后鋪設襯砌供熱管，并預留供熱管與供熱干管相連的接頭；
4、在隧道仰拱施工過程中安裝中心排水管供熱管，并預留供熱管與供熱干管相連的接
頭;
5、在側(cè)水溝施工過程中安裝側(cè)水溝供熱管、集水管和供熱干管，并完成各供熱管接頭與供熱干管、集水管的連接；
6、風力發(fā)電蓄電子系統(tǒng)及太陽能蓄熱子系統(tǒng)的設置需在隧道施工第一個冬季前完
成；
7、完成所述系統(tǒng)各部件的安裝與調(diào)試。所述的隧道供熱防凍系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)運行步驟如下:當恒溫水箱23內(nèi)的水溫及外界大氣溫度小于該水箱的設定溫度時，相應的傳感器將此信息傳遞至控制器14，控制器14控制起動太陽能蓄熱子系統(tǒng)、風力發(fā)電蓄電子系統(tǒng)或工業(yè)電源向供暖管路子系統(tǒng)提供循環(huán)用熱水；當恒溫水箱23內(nèi)的水溫及外界大氣溫度大于該水箱的設定溫度時，相應的傳感器將此信息傳遞至控制器14，控制器14控制太陽能蓄熱子系統(tǒng)、風力發(fā)電蓄電子系統(tǒng)或工業(yè)電源停止運行，即供暖管路子系統(tǒng)停止供熱。由于采用如上所述的技術方案，本發(fā)明具有如下有益效果:
本發(fā)明所述的隧道供熱防凍系統(tǒng)采用風能和太陽能為能源進行供熱防凍，從而在有效去除寒區(qū)隧道凍害問題的前提下，達到了運營期間效率較高，成本較低，以及節(jié)能環(huán)保，無污染排放的目的，進而也相應的提高了隧道運營的經(jīng)濟效益和社會效益。

圖1是本發(fā)明的示意 圖2是本發(fā)明中供熱管的鋪設示意圖一 I ;
圖3是本發(fā)明中供熱管的鋪設示意圖一 2。圖中:1、風機編組；2、風機控制器；3、直流中心；4、蓄電池組；5、DC-AC逆變器；6、雙電源自動切換開關；7、工業(yè)電源；8、太陽能集熱器編組；9、第一溫度傳感器；10、排氣閥；
11、水處理器；12、第二溫度傳感器；13、第一循環(huán)泵；14、控制器；15、第一節(jié)流閥；16、第一液位傳感器；17、太陽能儲熱水箱；18、第一電磁閥；19、第二電磁閥；20、第二節(jié)流閥；21、第二液位傳感器；22、電加熱器；23、恒溫水箱；24、第二循環(huán)泵；25、止回閥；26、供熱干管；27、集水管；28、供熱管；29、補水管路；30、初嗔混凝土 ；31、保溫層；32、險道水溝檢查井；33、中心排水管；34、側(cè)水溝；35、環(huán)境溫度傳感器。
具體實施方式
通過下面的實施例可以更詳細的解釋本發(fā)明，公開本發(fā)明的目的旨在保護本發(fā)明范圍內(nèi)的一切變化和改進，本發(fā)明并不局限于下面的實施例:
結(jié)合附圖1 3所述的隧道供熱防凍系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)包含供暖管路子系統(tǒng)、太陽能蓄熱子系統(tǒng)、風力發(fā)電蓄電子系統(tǒng)、工業(yè)電源7和控制器14，所述的太陽能蓄熱子系統(tǒng)、風力發(fā)電蓄電子系統(tǒng)和工業(yè)電源7均通過設有環(huán)境溫度傳感器35的控制器14控制動作；
其中，所述的供暖管路子系統(tǒng)包含電加熱器22、恒溫水箱23和供熱干管26，所述的恒溫水箱23上部通過設有第二電磁閥19的管路與太陽能儲熱水箱17連通，該第二電磁閥19與設于恒溫水箱23的第二液位傳感器21連接，所述的恒溫水箱23下部通過設有第二循環(huán)泵24和止回閥25的管路與供熱干管26連通，所述的供熱干管26與鋪設在隧道側(cè)水溝34以及初噴混凝土 30和保溫層31之間的供熱管28連通，所述的第二循環(huán)泵24與控制器14連接，即供暖管路子系統(tǒng)的作用是通過向鋪設在隧道襯砌和水溝的相應管路提供循環(huán)熱水，從而達到為隧道襯砌和水溝供熱，進而產(chǎn)生防凍效果的目的；為進一步提高供熱效果，所述的供熱管28能夠通過中心排水管33鋪設于隧道的側(cè)水溝34以及初噴混凝土 30和保溫層31之間，且位于中心排水管33內(nèi)的供熱管28與每兩個隧道水溝檢查井32之間的集水管27連接形成一個獨立供熱回路，該供熱回路與供熱干管26相連后與太陽能蓄熱子系統(tǒng)構(gòu)成回路；
所述的太陽能蓄熱子系統(tǒng)包含太陽能集熱器編組8和太陽能儲熱水箱17，所述的太陽能集熱器編組8設在隧道洞外日照充足的開闊區(qū)域，其一端通過設有第一溫度傳感器9、排氣閥10和第一節(jié)流閥15的管路與太陽能儲熱水箱17的上部一側(cè)連通，其另一端通過設有水處理器11和第一循環(huán)泵13的管路與太陽能儲熱水箱17的下部連通，所述的太陽能儲熱水箱17設有與控制器14連接的第二溫度傳感器12，且太陽能儲熱水箱17通過設有第二節(jié)流閥20的管路與鋪設在隧道側(cè)水溝34內(nèi)的集水管27連通，太陽能儲熱水箱17的上部另一側(cè)設有補水管路29,該補水管路29中設有第一電磁閥18,該第一電磁閥18與設于太陽能儲熱水箱17的第一液位傳感器16連接，所述的第一溫度傳感器9、第二溫度傳感器12和第一循環(huán)泵13均與控制器14連接，即太陽能蓄熱子系統(tǒng)的作用是利用太陽能來加熱太陽能儲熱水箱17內(nèi)的水液，然后再通過太陽能儲熱水箱17向供暖管路子系統(tǒng)提供循環(huán)用熱水；
所述的風力發(fā)電蓄電子系統(tǒng)包含風機編組1、蓄電池組4和DC-AC逆變器5，所述的風機編組I設置在隧道洞口外的迎風區(qū)域，其通過風機控制器2與直流中心3連接，所述的直流中心3分別連接有蓄電池組4和DC-AC逆變器5，且DC-AC逆變器5與工業(yè)電源7通過雙電源自動切換開關6與設于供熱管路子系統(tǒng)內(nèi)恒溫水箱23中的電加熱器22連接，所述的風機控制器2、直流中心3和雙電源自動切換開關6均與控制器14連接，即風力發(fā)電蓄電子系統(tǒng)或工業(yè)電源7的作用是利用由風力轉(zhuǎn)化的電能或工業(yè)電輔助加熱供暖管路子系統(tǒng)內(nèi)恒溫水箱23中的循環(huán)用熱水，從而保障在太陽能蓄熱子系統(tǒng)的蓄熱量不足時也不會中斷供暖管路子系統(tǒng)的循環(huán)熱水；
實施所述的隧道供熱防凍系統(tǒng)時，所述系統(tǒng)的設置步驟如下:
1、根據(jù)需要安裝所述系統(tǒng)的隧道所處位置的氣象條件及隧道設計資料進行隧道供熱負荷計算；
2、根據(jù)隧道所處位置的氣象條件進行所述系統(tǒng)的選型及配置計算；
3、在初噴混凝土施工完成后鋪設襯砌供熱管，并預留供熱管與供熱干管相連的接頭；
4、在隧道仰拱施工過程中安裝中心排水管供熱管，并預留供熱管與供熱干管相連的接
頭;
5、在側(cè)水溝施工過程中安裝側(cè)水溝供熱管、集水管和供熱干管，并完成各供熱管接頭與供熱干管、集水管的連接；
6、風力發(fā)電蓄電子系統(tǒng)及太陽能蓄熱子系統(tǒng)的設置需在隧道施工第一個冬季前完成，即能夠?qū)L力發(fā)電蓄電子系統(tǒng)和太陽能蓄熱子系統(tǒng)應用于隧道的冬期施工過程中，從而相應的降低施工成本；
7、完成所述系統(tǒng)各部件的安裝與調(diào)試。所述的隧道供熱防凍系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)運行步驟如下:當恒溫水箱23內(nèi)的水溫及外界大氣溫度小于該水箱的設定溫度時，相應的傳感器將此信息傳遞至控制器14，控制器14控制太陽能蓄熱子系統(tǒng)、風力發(fā)電蓄電子系統(tǒng)或工業(yè)電源運行，從而為供暖管路子系統(tǒng)提供符合循環(huán)用的熱水；當恒溫水箱23內(nèi)的水溫及外界大氣溫度大于該水箱的設定溫度時，相應的傳感器將此信息傳遞至控制器14，控制器14控制太陽能蓄熱子系統(tǒng)、風力發(fā)電蓄電子系統(tǒng)或工業(yè)電源停止運行，即供暖管路子系統(tǒng)停止循環(huán)供熱。本發(fā)明未詳述部分為現(xiàn)有技術，故本發(fā)明未對其進行詳述。
權利要求
1.一種隧道供熱防凍系統(tǒng)，其特征是:所述的系統(tǒng)包含供暖管路子系統(tǒng)、太陽能蓄熱子系統(tǒng)、風力發(fā)電蓄電子系統(tǒng)、工業(yè)電源(7)和控制器(14)，其中，供暖管路子系統(tǒng)的作用是通過向鋪設在隧道襯砌和水溝的相應管路提供循環(huán)熱水來達到供熱防凍的效果；太陽能蓄熱子系統(tǒng)的作用是利用太陽能加熱供暖管路子系統(tǒng)的循環(huán)用熱水；風力發(fā)電蓄電子系統(tǒng)及工業(yè)電源(7)的作用是利用風力轉(zhuǎn)化的電能或工業(yè)電輔助加熱供暖管路子系統(tǒng)的循環(huán)用熱水；所述的太陽能蓄熱子系統(tǒng)、風力發(fā)電蓄電子系統(tǒng)和工業(yè)電源(7)均通過設有環(huán)境溫度傳感器(35)的控制器(14)控制動作。
2.根據(jù)權利要求1所述的隧道供熱防凍系統(tǒng)，其特征是:所述的風力發(fā)電蓄電子系統(tǒng)包含風機編組(I)、蓄電池組(4)和DC-AC逆變器(5);所述的風機編組(I)設置在隧道洞口外的迎風區(qū)域，其通過風機控制器(2)與直流中心(3)連接；所述的直流中心(3)分別連接有蓄電池組⑷和DC-AC逆變器(5)，且DC-AC逆變器(5)與工業(yè)電源(7)通過雙電源自動切換開關(6)與設于供熱管路子系統(tǒng)內(nèi)恒溫水箱(23)中的電加熱器(22)連接；所述的風機控制器(2)、直流中心(3)和雙電源自動切換開關(6)均與控制器(14)連接； 所述的太陽能蓄熱子系統(tǒng)包含太陽能集熱器編組(8)和太陽能儲熱水箱(17);所述的太陽能集熱器編組(8)設在隧道洞外日照充足的開闊區(qū)域，其一端通過設有第一溫度傳感器(9)、排氣閥(10)和第一節(jié)流閥(15)的管路與太陽能儲熱水箱(17)的上部一側(cè)連通，其另一端通過設有水處理器(11)和第一循環(huán)泵(13)的管路與太陽能儲熱水箱(17)的下部連通；所述的太陽能儲熱水箱(17)設有與控制器(14)連接的第二溫度傳感器(12)，且太陽能儲熱水箱(17)通過設有第二節(jié)流閥(20)的管路與鋪設在隧道側(cè)水溝(34)內(nèi)的集水管(27)連通；太陽能儲熱水箱(17)的上部另一側(cè)設有補水管路(29)，該補水管路(29)中設有第一電磁閥(18),該第一電磁閥(18)與設于太陽能儲熱水箱(17)的第一液位傳感器(16)連接；所述的第一溫度傳感器(9)、第二溫度傳感器(12)和第一循環(huán)泵(13)均與控制器(14)連接； 所述的供暖管路子系統(tǒng)包含電加熱器(22)、恒溫水箱(23)和供熱干管(26);所述的恒溫水箱(23)上部通過設 有第二電磁閥(19)的管路與太陽能儲熱水箱(17)連通，該第二電磁閥(19)與設于恒溫水箱(23)的第二液位傳感器(21)連接；所述的恒溫水箱(23)下部通過設有第二循環(huán)泵(24)和止回閥(25)的管路與供熱干管(26)連通；所述的供熱干管(26)與鋪設在隧道側(cè)水溝(34)以及初噴混凝土(30)和保溫層(31)之間的供熱管(28)連通；所述的第二循環(huán)泵(24)與控制器(14)連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的隧道供熱防凍系統(tǒng)，其特征是:所述的供熱管(28)通過中心排水管(33)鋪設于隧道的側(cè)水溝以及初噴混凝土(30)和保溫層(31)之間，且位于中心排水管(33)內(nèi)的供熱管(28)與每兩個隧道水溝檢查井(32)之間的集水管(27)連接形成一個獨立供熱回路，該供熱回路與供熱干管(26)相連后與太陽能蓄熱子系統(tǒng)構(gòu)成回路。
4.根據(jù)權利要求2所述的隧道供熱防凍系統(tǒng)，其特征是:所述的系統(tǒng)運行步驟如下:當恒溫水箱(23)內(nèi)的水溫及外界大氣溫度小于該水箱的設定溫度時，相應的傳感器將此信息傳遞至控制器(14)，控制器(14)控制起動太陽能蓄熱子系統(tǒng)、風力發(fā)電蓄電子系統(tǒng)或工業(yè)電源(7)向供暖管路子系統(tǒng)提供循環(huán)用熱水；當恒溫水箱(23)內(nèi)的水溫及外界大氣溫度大于該水箱的設定溫度時，相應的傳感器將此信息傳遞至控制器(14)，控制器(14)控制太陽能蓄熱子系統(tǒng)、風力發(fā)電蓄電子系統(tǒng)或工業(yè)電源(7)停止運行，即供暖管路子系統(tǒng)停止供熱。
全文摘要
一種涉及隧道防凍害領域的隧道供熱防凍系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)包含供暖管路子系統(tǒng)、太陽能蓄熱子系統(tǒng)、風力發(fā)電蓄電子系統(tǒng)、工業(yè)電源和控制器，其中，供暖管路子系統(tǒng)用于向隧道提供循環(huán)熱水來達到供熱防凍的效果，太陽能蓄熱子系用于通過太陽能加熱供暖管路子系統(tǒng)的循環(huán)用熱水，風力發(fā)電蓄電子系統(tǒng)及工業(yè)電源用于利用風力轉(zhuǎn)化的電能或工業(yè)電輔助加熱供暖管路子系統(tǒng)的循環(huán)用熱水，且太陽能蓄熱子系統(tǒng)、風力發(fā)電蓄電子系統(tǒng)和工業(yè)電源均通過控制器控制動作；所述的系統(tǒng)不但能夠有效去除寒區(qū)隧道的凍害問題，而且在運營時效率較高，成本較低，同時還能達到節(jié)能減排的目的。
文檔編號F24D15/00GK103216879SQ20131011271
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月2日 優(yōu)先權日2013年4月2日
發(fā)明者茍紅松, 趙軍喜, 劉俊成, 劉石磊, 楊立新, 李永生, 趙希望, 羅占夫, 王超鵬, 胡永強, 尹龍, 王棟, 馮亮 申請人:中鐵隧道集團有限公司