[發明專利]一種用于寒區隧道襯砌的除冰系統及方法

有效

• 申請號: 202110774834.8
• 申請日: 2021-07-08
• 公開（公告）號: CN113323690B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 邵廣彪;聶眾;劉國輝;邢魯義;徐以政;邱敬格
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學;山東建大工程鑒定加固設計有限公司
• 主分類號: E21D11/00
• 分類號: E21D11/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 武博

1.一種用于寒區隧道襯砌的主動除冰系統，其特征在于，包括：

除冰工作部，包括除冰單元與柔性除冰單元安裝格柵，除冰單元通過柔性除冰單元安裝格柵固定于隧道襯砌上；除冰單元包括金屬盒，頂部設置除冰工作面層，底部設置電熱柔性層；

能源供給單元，用于為電熱柔性層工作提供電能；

控制模塊，控制能源供給單元和除冰工作部；

所述除冰單元還包括壓力傳感器，位于金屬盒內底部，用于測量低冰點溶液相變膨脹后受金屬盒與除冰工作面層的變形限制而產生的膨脹壓力，測量的膨脹力傳輸至控制模塊；

所述低冰點溶液位于金屬盒底部呈圓弧狀的凹槽內，所述低冰點溶液為主動除冰單元的相變工作載體，由防凍劑與水配置而成，封閉在金屬盒與除冰工作面層之間；所述低冰點溶液通過低溫相變體積膨脹，在金屬盒的底面及側面變形限制下，使除冰工作面層受膨脹的低冰點溶液擠壓而向外凸；所述低冰點溶液受熱融化時體積恢復至原有狀態，除冰工作面層向內微凸。

2.如權利要求1所述的一種用于寒區隧道襯砌的主動除冰系統，其特征在于，除冰單元還包括壓力傳感器信號導線、電熱柔性層供電線，分別與壓力傳感器、電熱柔性層連接。

3.權利要求1所述的一種用于寒區隧道襯砌的主動除冰系統，其特征在于，壓力傳感器信號導線、電熱柔性層供電線均通過金屬盒內部預留的孔洞引出外接。

4.如權利要求1所述的一種用于寒區隧道襯砌的主動除冰系統，其特征在于，能源供給單元包括光伏發電模組、風力發電機組、供電控制模塊、儲能模塊、市電輸入端口、及供電線纜；光伏發電模組、風力發電機組分別與供電控制模塊連接，供電控制模塊分別與儲能模塊、市電輸入端口相連接，儲能模塊、市電輸入端口分別與供電線纜相連接，能源供給單元通過供電線纜與除冰工作部中的電熱柔性層供電線相連接。

5.如權利要求1所述的一種用于寒區隧道襯砌的主動除冰系統，其特征在于，控制模塊包括儲存模塊、遠程通信模塊、用電控制模塊和數據接收終端；儲存模塊與遠程通信模塊相連，用電控制模塊與控制儲能模塊連接，儲存模塊與用電控制模塊分別連接至遠程通信模塊。

6.如權利要求1所述的一種用于寒區隧道襯砌的主動除冰系統，其特征在于，壓力傳感器信號導線連接壓力傳感器信號導線總線，壓力傳感器信號導線總線與儲存模塊相連接；壓力傳感器通過采集的信號通過壓力傳感器信號導線、儲存模塊和遠程通信模塊發送至數據接收終端。

7.基于權利要求1-6任一項所述的一種用于寒區隧道襯砌的主動除冰系統的主動除冰方法，其特征在于，具體步驟如下：

步驟一：儲存模塊根據預先設定的信號采集間隔采集壓力傳感器輸出的膨脹壓力信號；

步驟二：當環境溫度低于除冰單元中低冰點溶液的溫度時，低冰點溶液開始凍結，凍結產生膨脹向外凸，除冰工作面層向外凸，此步將破壞附著于除冰工作面層與其上附著冰體接觸面的粘結；

步驟三：當除冰單元中的膨脹壓力達到預設閾值一定時間后，用電控制模塊接收遠程通信模塊所接收的數據接收終端發出的指令，對用電控制模塊進行控制，用電控制模塊發出控制命令，通過控制儲能模塊中儲存的電能或市電輸入端口所輸入的電能，對除冰單元中的電熱柔性層供電使其工作發熱，儲能模塊中所儲存的電能由供電控制模塊控制的光伏發電模組或風力發電機組產生；

步驟四：電熱柔性層加熱因相變而膨脹的低冰點溶液，低冰點溶液融化后，因融化體積收縮而使除冰工作面層由外凸轉為向內微凸，使其上的附著冰體脫落，一個主動除冰循環完成；

步驟五：主動除冰單元中的低冰點溶液恢復到凍結前狀態，之后重復第二至第四步的步驟，進入下一個主動除冰循環過程。

8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述除冰單元當其處于未工作狀態時，金屬盒與除冰工作面層所形成的封閉空間內的低冰點溶液未發生相變，此時除冰工作面層向內微凸。

9.如權利要求7所述的方法，其特征在于，如果發生極端低溫情況，系統通過相變方式除冰無法徹底清理附著冰體時，通過用電控制模塊控制儲能模塊或市電輸入端口的用電輸出功率，提高電熱柔性層的發熱進行直接融冰作業。