一种用于隧道的防挂冰装置的制作方法

1.本实用新型涉及智能交通技术领域，特别涉及一种用于隧道的防挂冰装置。


背景技术：

2.随着近年来交通基础设施建设快速推进，隧道的里程数也在逐年增加。在高寒地区隧道容易在冬季渗水结冰，在隧道内壁上形成的挂冰会对隧道内行驶的车辆和电子线路造成一定的危害。当前的隧道除冰主要使用人工除冰的方式，养护工人通常使用除冰工具敲击隧道内壁的挂冰，例如使用长竿或冰镐通过敲击除去挂冰。显而易见这种除冰方式在实际操作过程中不仅劳动强度大，除冰效率低，而且容易发生触电危险。为了减轻人工除冰的劳动强度和工作风险，现有技术针对隧道除冰提供了各种各样的除冰装置。比如中国专利cn203441530u、cn103046440a、cn203128955u和cn211531351u等。这些装置采用的技术方案归纳起来都是通过加热方式进行除冰。但是在实际使用中，加热板加热不均匀，以及隧道内壁上与加热板接近的冰块融化后产生的水滴在其他没有加热板的地方又重新结成冰块，最终导致除冰效果不够理想。因此，现有加热板除冰技术存在的缺点是：第一，隧道中的挂冰仅仅从一个位置转移到另一个位置，除冰不彻底；第二，冰块此消彼长，需要不断移动并使用加热板，除冰效率低下；第三，加热板长期工作造成用电浪费。总之，现有隧道除冰方式不仅除冰效果不好，关键是没有从根上有效解决隧道内壁挂冰问题。
3.有鉴于此，如何设计一种能够有效防止隧道内壁渗水点结冰的装置是本实用新型研究的课题。


技术实现要素：

4.鉴于以上现有技术存在的不足，本实用新型提供一种用于隧道的防挂冰装置，其目的是要阻止隧道内壁渗水点结冰，从根上解决隧道内壁的挂冰问题。
5.为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种用于隧道的防挂冰装置，其创新在于：包括隔离容器、雾化器、水位传感器、电加热装置、温度传感器、进排气装置以及控制箱。
6.所述隔离容器为一个容器结构，隔离容器上设置有敞口，敞口上设有用来对接隧道内壁渗水点的密封圈，隔离容器内设有储液空间和储气空间，其中，储液空间与敞口贯通。
7.所述雾化器是一个能够将液体转变为雾气的装置，雾化器安装在隔离容器内或者隔离容器上，雾化器的工作部针对隔离容器的储液空间设置，使雾化后的雾气释放至隔离容器的储气空间中。
8.所述水位传感器布置在隔离容器的储液空间中，用于检测储液空间的水位，水位传感器的信号输出端与控制箱的控制电路电连接。
9.所述电加热装置是一个能够电能转变为热能的装置，电加热装置具有发热端，该发热端安装在隔离容器上或者内。
10.所述温度传感器布置在隔离容器内，用于检测隔离容器内的温度，温度传感器的信号输出端与控制箱的控制电路电连接。
11.所述进排气装置由通道、风扇和阀门组成，其中，通道设置在隔离容器上，阀门和风扇设置在通道中，通道使隔离容器的储气空间经过阀门和风扇与外界连通。
12.上述技术方案中的有关内容解释如下：
13.1、上述方案中，所述隔离容器长期接触隧道内壁渗漏的水滴，隔离容器的组成材料需要选择耐腐蚀和热传导性能好的材料。为了减轻整个装置的重量，所述隔离容器为敞口大底部小的隔离容器结构。为了保持整个装置的防水性，所述隔离容器敞口上设置了密封圈，一般使用防水橡胶。所述隔离容器的外层为保温层，由保温材料构成，例如保温棉，将隔离容器与外部的潮湿冰冷的环境隔绝，保持隔离容器内部温度。所述隔离容器的内层为防水层，由防水材料构成，例如碳纤维高聚合材料。
14.2、上述方案中，当所述电加热装置的发热端安装在隔离容器内部时，通常位于防水层和保温层之间的底部，这种安装位置的加热效果较好。该发热端的加热材料为石墨烯加热碳膜，在石墨烯加热碳膜两端电极通电的情况下，加热碳膜中的碳分子在电阻中产生声子、离子和电子，由产生的碳分子团之间相互摩擦、碰撞(也称布朗运动)而产生热能，从而加热整个隔离容器。该发热端也可以安装在隔离容器的四周，或者储气空间的上方，或者储液空间内。
15.3、上述方案中，所述隔离容器内部设有储液空间与储气空间，储液空间和储气空间连通。当安装至隧道内壁上后，水滴下落至隔离容器下方的储液空间，聚集到一起的水滴形成积水，积水储存在储液空间中，储液空间的上方都为储气空间，存放雾化器排出的雾气。
16.4、上述方案中，雾化器具有进液口和出雾口，雾化器安装在隔离容器上，雾化器的进液口位于隔离容器的储液空间中，或者通过使用导管将积水与进液口相连，将储液空间内的积水输入雾化器，便于雾化器将水雾化。雾化器的出雾口位于隔离容器的储气空间中，或者通过使用导管将出雾口与储气空间相连，便于排出雾化的水汽。
17.5、上述方案中，所述雾化器由多个雾化片构成，所述雾化片由金属膜和压电陶瓷片构成。将雾化片安装在一个盛水隔离容器的底部，并由一个驱动控制电路产生与雾化片谐振频率一致的驱动电压加在雾化片上，雾化片便会产生振荡能量。振荡能量在水中沿着与雾化片表面垂直的方向传播，在合适的水深情况下，能量传播轴上的水面集中隆起一个水柱，水柱的前端集中的发生大量且微小的张力波，使隆起水面的表面张力大幅度的减少，水面被表面张力波的波长分裂成许多微小的区域，每一区域好像互不粘结一样独立地成为一个一个的微粒子，散发在空气中形成雾的效果，这就是利用压电陶瓷片对水进行雾化的原理。当控制箱发出命令启动雾化器时，该控制器的驱动控制电路产生与雾化片谐振频率一致的驱动电压加在雾化片上，雾化片产生振荡能量，使该雾化片上方水面产生张力波，达到雾化积水的目的。
18.6、上述方案中，所述进排气装置不排气的时候阀门和风扇关闭，有利于所述隔离容器密闭保温和节省电能。所述进排气装置至少有一个，通常位于所述隔离容器的上方。所述通道设置在所述隔离容器上，所述阀门和所述风扇设置在所述通道中，所述风扇位于所述隔离容器内部。在加热蓄水状态下，所述风扇不工作，所述阀门紧闭，所述隔离容器为保
温隔热蓄水状态；在雾化排气状态下，所述风扇开始运转，所述阀门打开，水雾通过所述通道排出隔离容器外。当所述进排气装置位于所述隔离容器底部时，通道延伸至所述隔离容器内部并在隔离容器上方弯曲，防止水滴流入通道内。
19.7、上述方案中，在需要联网和远程控制状况下，所述防挂冰装置还包括信息采集的通信系统和远程智能监控系统。所述信息采集的通信系统用于数据的远程通讯，将远程智能监控系统检测的各种数据传送到客户终端。所述信息采集的通信系统可以根据实际情况选择通讯方式，当在山区等信号不好的地方时，可以使用铁路专用网或者卫星短报文通讯系统，当在手机信号良好的地方时，可以使用gprs或者5g通讯。所述远程智能监控系统用于隔离容器终端数据收集，服务器数据上传和控制命令发出的工作。
20.本实用新型的工作原理是：
21.一种用于隧道的防挂冰装置，包括隔离容器、雾化器、水位传感器、电加热装置、温度传感器、进排气装置以及控制箱。隔离容器为一个敞口隔离容器，内部有储液空间和储气空间。雾化器的工作部针对隔离容器的储液空间设置，使雾化后的雾气释放至隔离容器的储气空间中。进排气装置包括通道、风扇、阀门。通道在隔离容器上，阀门和风扇在通道中，通道使隔离容器的储气空间经过阀门和风扇与外界连通。在该防挂冰装置工作时，通电状态下只有电加热装置工作，直到温度传感器和水位传感器检测到隔离容器内部温度和水位到达预设值，控制箱发出指令同时开启雾化器和进排气装置，将水雾化排出。
22.由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有以下优点和效果：
23.1．由于本实用新型采用的用于隧道的防挂冰装置在处理隧道内壁挂冰问题时，不再需要工人使用碎冰工具手动敲击冰块，大大降低了劳动强度。
24.2．由于本实用新型开启防挂冰装置时采用的是遥控或者是远程监控系统，不再和接触网直接接触，消除了触电风险。
25.3．由于本实用新型采用了隔离容器和雾化排水相结合的方案，在隧道内壁存在漏水的地方安装所述防挂冰装置，通过隔离容器恒温加热积水，防止其形成冰块，通过对隔离容器内部的积水雾化的方式，让水从液态转换为雾的形态，方便水从隔离容器内部排出，这种方法从根源上减少了挂冰的产生，大大提高了除冰的效果。
26.4．由于本实用新型在排气过程中，安装了通道，有利于雾气向下排出，防止雾气接触寒冷的隧道内壁再次结冰，减少二次除冰的概率，同时也使雾气绕开高压电网，这种方法保护隧道内部电路，提高了除冰的工作效率。
27.5．由于本实用新型采用的用于隧道的防挂冰装置在单机工作时，电加热装置的发热端对隔离容器加热，雾化器和进排气装置不工作，这种状态下，整个隔离容器形成密闭保温空间，有利于快速加热及恒温控制，只有当温度和水位都到达预设条件时，雾化器和进排气装置才开始工作，这种工作模式有效地节约用电。
28.6．由于本实用新型采用的用于隧道的防挂冰装置在联网工作时，采用点对点组网传输将数据信息传输到隧道外部，相比于一般的无线连接数据传输更加准确，信号更强，不易间断。
29.7．由于本实用新型采用的用于隧道的防挂冰装置在联网工作时，远程智能监控系统根据负荷均衡的算法，按照排水量大小，划分时间片让不同的防挂冰装置工作，有效降低多个装置无序工作导致的负荷不均带来电源不够稳定的危害。
30.8．由于本实用新型采用的用于隧道的防挂冰装置在联网工作时，使用远程智能监控系统，控制人员可以通过手机或者电脑监控整个装置的工作状态，一旦发现问题就可以派工作人员现场检修，有利于提升整个防挂冰系统的维护效率。
附图说明
31.图1为本实用新型实施例用于隧道的防挂冰装置的隧道安装位置示意图；
32.图2为本实用新型实施例用于隧道的防挂冰装置结构示意图。
33.以上附图中的标号说明如下：1．隔离容器；2．保温层；3．加热层；4．防水层；5．防水橡胶；6．雾化器；7．进排气装置；8．阀门；9．风扇；10．通道；11．控制箱。
具体实施方式
34.下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
35.以下将以图式及详细叙述对本案进行清楚说明，任何本领域技术人员在了解本案的实施例后，当可由本案所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本案的精神与范围。
36.本文的用语只为描述特定实施例，而无意为本案的限制。单数形式如“一”、“这”、“此”、“本”以及“该”，如本文所用，同样也包含复数形式。
37.关于本文中所使用的“连接”或“定位”，均可指二或多个组件或装置相互直接作实体接触，或是相互间接作实体接触，亦可指二或多个组件或装置相互操作或动作。
38.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
39.关于本文中所使用的用词，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在本案内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本案的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本案之描述上额外的引导。
40.关于本文中所使用的“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等，均为方向性用词，在本案中仅为说明各结构之间位置关系，并非用以限定本案保护反应及实际实施时的具体方向。
41.实施例：一种用于隧道的防挂冰装置
42.参考附图2，该防挂冰装置，包括隔离容器1、雾化器6、水位传感器、电加热装置、温度传感器、进排气装置7以及控制箱11。
43.所述隔离容器1为一个容器结构，隔离容器上设置有敞口，敞口上设有用来对接隧道内壁渗水点的防水橡胶5，隔离容器内设有储液空间和储气空间，其中储液空间与敞口贯通。为了减轻整个装置的重量，隔离容器的敞口比隔离容器底部面积大。
44.所述隔离容器1包括保温层2、加热层3和防水层4。保温层2位于该隔离容器的外层，材料为保温棉，起到保温隔热作用；加热层3由所述电加热装置的发热端组成，位于防水层4与保温层2之间的底部，材料为石墨烯加热碳膜，在电源开启，该加热碳膜两端电极通电的情况下加热所述隔离容器1；防水层4位于所述隔离容器1的内层，防止内部积水渗漏到隔离容器内部。
45.所述雾化器6位于所述隔离容器1底部，当加热层3加热时，该雾化器不工作，当温度传感器检测到温度到达预设值，所述水位感应装置检测到水位到达预设高度时，温度传
感器与水位传感器发射信号给所述控制箱11，所述控制箱11打开所述雾化器6，同时开启所述进排气装置7，将水雾化并排出所述隔离容器1。
46.所述进排气装置7包括阀门8、风扇9和通道10，所述进排气装置7通常位于所述隔离容器1上方。通道10设置在隔离容器1上，阀门8和风扇9设置在通道10中，通道10使隔离容器1的储气空间经过阀门8和风扇9与外界连通。当加热层3加热时，阀门8和风扇9关闭，所述隔离容器1形成密闭空间，提高加热效率，减少用电浪费。当温度和水位到达预设值，阀门8和风扇9通过所述控制箱11的指令开启工作，将通过所述雾化器6雾化后形成的雾气通过通道10排出所述隔离容器1。所述通道10通常倾斜向下，便于雾气向下排出。
47.所述进排气装置7只设置一个阀门8和一个通道10，该进排气装置7不仅能在风扇9的作用下，将所述隔离容器1内部的雾气从由阀门8打开造成的隔离容器缺口排出去，同时因为压强和空气流通的作用，外部的冷空气也可以通过由阀门8打开造成的隔离容器缺口进入所述隔离容器1内部。
48.所述控制箱11位于所述隔离容器外侧，包括配电箱、温度控制模块和雾化排气模块，防挂冰装置启动后，所述控制箱控制电源通过加热层3，加热层3开始工作。当温度到达预设值并且水位到达预设高度时，收到温度感应器与水位感应装置的信号后，所述控制箱11开启所述雾化器6和所述进排气装置7，将水雾化并排出。
49.参考附图1，所述隔离容器1的结构需要根据隧道内壁的不同位置作出调整，在所述隔离容器1位于隧道顶端时，隔离容器可以设置成图1中12的形态；当在隔离容器隧道上方侧壁时，隔离容器可以设置成图1中13的形态；当在隔离容器位于隧道下方侧壁时，隔离容器可以设置成图1中14的形态。
50.在装置启动后，电加热装置对所述隔离容器1加热，此时雾化器6和进排气装置7不工作，同时通过安装在所述隔离容器1内部的温度传感器检测隔离容器1内部温度，控制箱11控制电加热装置两端电源来进行恒温控制。所述水位感应装置包括高灵敏放大器装置，能够准确感应到预设水位线，当水位到达水位感应装置所设的高度时，控制箱11同时打开雾化器6和进排气装置7，将水雾化并通过进排气装置7排放到隔离容器1外部。
51.在装置启动后，雾化器6需要达到一定的水位才能启动，一旦达不到水位雾化器6就停止工作。雾化器6自身防水，长期放在隔离容器1底部的水中，具有过热保护和短路保护功能。同时雾化器6需要采用高寿命的模块，连续工作时间需要达到3000小时以上，雾化片达到工作寿命就需要更换，雾化片的装卸需要考虑采用快卸的方式。
52.本实施例为单机模式，这种模式下，不需要联网和远程控制，仅通过遥控设备完成启动和关闭装置的功能。在需要联网和远程控制状况下，所述防挂冰装置还包括信息采集的通信系统和远程智能监控系统，该模式下通过使用手机和电脑客户端等，发出控制命令，完成装置的开启和关闭功能。
53.防挂冰装置工作时，隔离容器1的状态信息需要实时监测，才能保证隔离容器1安全和有效的执行。在单机运行模式下，隔离容器1的状态主要通过控制主板来获取隔离容器1的实时数据并执行控制动作。在联网运行模式下，隧道外节点控制器收集隧道内隔离容器1的实时数据，组成统一的格式，定期发送数据报给远端的服务端远程通讯终端，服务器电脑利用服务端远程通讯中断通过问询的方式定期采集多个不同隧道的节点的数据，通过这种方式用户可以获取各个节点的基础数据。服务器电脑和远程通讯终端通过总线进行连
接，服务器将接受到的数据存在数据库中或者也可以将数据上传到云端进行存储。用户通过手机和电脑客户端可以查看终端上传的数据，同时用户也可以发送开启隔离容器1的命令。
54.在联网和远程控制状态下，当信息采集的通信系统采用基于卫星的短信息通讯模式时，隧道内可以采用点对点组网通讯，若隧道外采用北斗卫星短信息功能，同时在远端的电脑和服务器端安装北斗微信短信息接收端完成数据的接收、数据的云上传和数据库存储。程智能监控系统通过对传感器和隔离容器1的监控，收集和上传隔离容器1的水位、温度、隔离容器1倾斜角和自身工作状态等相关数据。所述的远程智能监控系统为安装在手机上的app或者pc电脑上的客户端或者浏览器网站或者微信小程序等软件。
55.当隧道内部存在多个防挂冰装置时，如果将多个防挂冰装置一起工作存在较大的电源负荷压力，因此远程智能监控系统通过监控到的相关数据，根据负荷均衡的算法，对每个防挂冰装置发出控制命令，按照排水量的大小完成划分时间片的分批次启动电加热装置、雾化器6和进排气装置7，有效避免电源负荷集中。
56.下面针对本实用新型的其他实施情况以及结构变化作如下说明：
57.以上实施例中，所述电加热装置的发热端安装在所述隔离容器1防水层和保温层之间的底部，该发热端也可以安装在隔离容器的四周，或者储气空间的上方，或者储液空间内。所述电加热装置使用石墨烯加热碳膜作为发热端，发热端还包括电加热丝、电加热管、电加热盘（板）和正温度系数（ptc）式加热器等。
58.以上实施例中，所述进排气装置7放置在所述隔离容器侧面的上方，还可以将所述进排气装置7放置在所述隔离容器的底面。在这种模式下，通道10需要延伸到所述隔离容器1的内部，并且通道10在隔离容器内部的通道顶端需要弯曲，防止水滴流进通道，聚集在阀门8上。
59.以上实施例中，为了简化结构复杂度及装置重量，所述进排气装置7只设置一个阀门8和一个通道10，该装置也可以分别设置两个阀门8和通道10。这种模式下，两个阀门都是单向导气模式，排气阀门打开时，使所述隔离容器1内部的雾气通过排气通道排出去，进气阀门打开时，使外部冷空气通过进气通道进入隔离容器内。
60.以上实施例中，所述雾化器为多个雾化片组成的超声雾化器，放置于积水底部，通过超声波雾化积水。该雾化器也可以选用压缩雾化器，例如通过使用进液通道将积水输入压缩雾化器，雾化后使用排气通道将雾气排出。
61.上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。