[发明专利]用于土体降温的冷冻板及温度控制系统

说明书

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：