CN115110367A - 一种路基通风管的开关装置及包含其的路基 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种路基通风管的开关装置及包含其的路基，所述开关装置包括管体，所述管体设置在路基中；以及设置在所述管体的两端的通风口，所述通风口上设置有自动开关装置；其中，所述自动开关装置在高于一定的温度时膨胀，并且堵住所述通风口，从而关闭管体。所述路基包括所述开关装置。本发明能够根据外界温度情况自动关闭和开启，在高原恶劣环境条件下具有较高的耐久性能以及响应效率。

Description

一种路基通风管的开关装置及包含其的路基

技术领域

本发明涉及一种路基通风管的开关装置及包含其的路基，属于交通道路领域。

背景技术

通风管路基是一种主动降温措施，将通风管埋设在路基体中，通过空气在通风管内流动，减少路基体传入地基的热量，削弱阴阳坡效应，抬高多年冻土上限，维持路基体的稳定。现有研究资料显示，通风管路基对下部多年冻土保护作用在现有技术中表现较好，相关工程建设中应优先采用，目前已在青藏铁路、共玉高速、G214国道等青藏高原上的重要工程得到了广泛应用。

在春末、整个夏季和秋初，空气温度大多高于路基内部温度，在这种条件下，通风路基非但不能对路基进行降温，反倒对路基起到加热的反作用。

为了限制热风进入通风管，目前已有部分研究人员在通风管两端安装风门并研究其效果，结论显示，风门显著提升了通风管路基对下部多年冻土的保护作用。

风门现有主要控制方式包括手动控制、电动控制、热胀冷缩控制和记忆金属相变控制。但是，手动控制方式费时费力；电动结构是通过温度传感器采集环境温度，再控制电机对风门进行开合，该种控制方式省时省力，但高原环境恶劣，人员不便维护，在剧烈温差、强烈紫外线等作用下结构中的元件在可靠性有限；记忆金属相变控制则是利用形状记忆合金在会在温度作用下于马氏体和奥氏体之间相变，具有不同的弹性系数，从而驱动风门开合，该种温控方式控温灵活，但温度感应单元需要通过吸收太阳辐射来进行大量聚热至20℃左右以改变弹簧记忆合金相态，实际运用中可能存在反应迟缓、阴天不能有效工作的问题，且制动单元中的核心元件形状记忆合金弹簧在高原反复无常的气候作用下存在疲劳问题，尤其是发生功能性疲劳导致记忆失效，如果增大结构截面积和用量以减小应力并延长疲劳寿命，则导致成本明显提升，不够经济。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种路基通风管的开关装置及包含其的路基，能够根据外界温度情况自动关闭和开启，在高原恶劣环境条件下具有较高的耐久性能以及响应效率。

根据本发明的一个方面，提出了一种路基通风管的开关装置，包括：

管体，所述管体设置在路基中；以及

设置在所述管体的两端的通风口，所述通风口上设置有自动开关装置；

其中，所述自动开关装置在高于一定的温度时膨胀，并且堵住所述通风口，从而关闭管体。

本发明的进一步改进在于，所述自动开关装置包括设置在所述通风口上的刚性框架，所述刚性框架包括若干均匀、平行布置的格栅；所述格栅上设置有若干膨缩机构，所述膨缩机构在高于一定的温度时膨胀从而封堵所述格栅之间的空隙。

本发明的进一步改进在于，所述膨缩机构包括柔性的气囊，所述气囊内设置有相变介质，所述相变介质在高于一定温度时发生气化从而使气囊膨胀，在低于一定温度时发生液化从而使气囊收缩。

本发明的进一步改进在于，所述格栅为水平设置的刚性条，所述气囊设置在所述格栅的上面、下面或者两面。

本发明的进一步改进在于，所述气囊收缩时在重力或内部压强间隙的作用下完成收缩，或者所述气囊具有一定的弹性，收缩时在弹性的作用下完成收缩。

本发明的进一步改进在于，所述相变介质为乙胺。

本发明的进一步改进在于，通过掺入溶质、控制压强的方式对相变温度进行精调。

本发明的进一步改进在于，所述气囊采用的材质为热塑性聚氨酯弹性体橡胶。

本发明的进一步改进在于，所述路基为海拔4000米-5000米之间的多年冻土区路基。

根据本发明的另一个方面，还提出了一种路基，所述路基上设置若干连通左右两侧的通风管，所述通风管上设置所述的路基通风管的开关装置。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明所述一种路基通风管的开关装置及包含其的路基，能够根据外界温度情况自动关闭和开启，在高原恶劣环境条件下具有较高的耐久性能以及响应效率。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1所示为本发明的一个实施例的路基通风管的开关装置的结构示意图，显示了通风口打开的状态；

图2所示为本发明的一个实施例的路基通风管的开关装置的结构示意图，显示了通风口关闭的状态；

图3所示为本发明的一个实施例的自动开关装置的结构示意图，显示了通风口打开的状态；

图4所示为本发明的一个实施例的自动开关装置的结构示意图，显示了通风口关闭的状态；

图5所示为本发明的一个实施例的路基的结构示意图，显示了通风口打开的状态；

图6所示为本发明的一个实施例的路基的结构示意图，显示了通风口关闭的状态。

在附图中各附图标记的含义如下：

1、管体，2、通风口，3、自动开关装置，4、格栅，5、气囊，6、路基。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。

图1示意性地显示了根据本发明的一种路基通风管的开关装置，包括管体1，所述管体1设置在路基6中，连通路基6的两侧，用于通风，使低温空气进入管体1内，起到保护冻土的作用。所述管体1的两端均设置有通风口2，低温空气通过一个通风口2进入管体1，并从另一个通风口2排出，通过空气流道将管体1内的热量带走。通风口2上设置有自动开关装置3，所述自动开关装置3在高于一定的温度时膨胀，并且堵住所述通风口2，从而关闭管体1。

根据本实施例所述的一种路基通风管的开关装置中，在冬季空气温度较低时，自动开关装置3处于打开的状态，空气中的低温气体可以进入到管体1内，并能够带走管体1内的气体。当在春末、夏季或秋初的时候，空气温度大多高于路基6内部温度，这时自动开关装置3关闭，避免热空气进入管体1内，对路基6造成损害。

在一个实施例中，所述自动开关装置3包括刚性框架，刚性框架优选为金属框架，其边缘连接管体1的通风口2，内部设置有若干格栅4。格栅4平行设置，并且均匀地以固定的间隔布置。格栅4上设置有若干膨胀机构，膨胀机构在高于一定温度时膨胀，从而封堵格栅4之间的空隙，将整个通风口2关闭，外部的空气就无法进入到管体1内，从而避免热空气对路基6造成损害。

在一个实施例中，所述膨缩机构包括柔性的气囊5，所述气囊5内设置有相变介质，相变介质的沸点较低，在0℃左右。所述相变介质在高于一定温度时发生气化从而使气囊5膨胀，在低于一定温度时发生液化从而使气囊5收缩。

在一个实施例中，所述格栅4为水平设置的刚性条，所述气囊5设置在所述格栅4的上面。优选地，格栅4为金属条，其水平设置，上表面上设置所述气囊5，气囊5在膨胀时能够封堵所在格栅4与其上方相邻的格栅4的间隙，当气囊5收缩时，由于气囊5是柔性材料，在重力的作用下或在其内部压强减小的作用下，而瘪下。

所述气囊5也可以设置在格栅4的下表面，其收缩时通过其内部压强减小的作用力完成收缩。当然，所述气囊5也可以设置在格栅4的上表面和下表面两个面上。

在一个优选的实施例中，所述气囊5可以是不具有弹性，而是不透气的、容易发生形变的柔性材质，收缩时在重力或内部压强间隙的作用下完成收缩。或者所述气囊5具有一定的弹性，收缩时在不止依赖与重力或内部压强，还可以通过弹性的作用下完成收缩。优选地，所述气囊5采用的材质可以使用热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)。

在一个优选的实施例中，所述相变介质为乙胺。

相变介质在高原环境下，沸点接近0℃。当环境温度高于沸点时，相变介质汽化膨胀，气囊5鼓起，封闭通风管口，避免外界热空气流入以增加路基6内部热量；当环境温度低于沸点时，相变介质液化收缩，气囊5瘪下，张开通风管口，允许外界冷空气流入以带走路基6内部热量。乙胺在该海拔范围内的沸点为1.67℃至-3.75℃，体积膨胀倍数为622倍至805倍，基本符合目标介质的相变温度和体积变化要求。

优选地，在乙胺中可通过掺入溶质、控制压强的方式对相变温度进行精调。其中，掺入的溶质可以是水、乙醇、***等。以掺入水举例，溶质/溶质质量分数为12％时，可以使溶剂乙胺的沸点增加5℃，建议添加量控制在12％以内。控制压强的方式是增加压强则提高沸点，减小压强则降低沸点。

在气囊5中，通过增大压强能够提高相变介质的沸点，通过减小压强可以降低相变介质的沸点，从而在一定范围内进行精细调节。通过精细调节，可以使相变介质的沸点在-5℃-5℃之间进行调节，满足海拔4000米-5000米之间的多年冻土区路基6的要求。

所述路基6为海拔4000米-5000米之间的多年冻土区路基6。

根据本发明的另一个方面，还提出了一种路基，该路基6为海拔4000米-5000米之间的多年冻土区路基6，所述路基6上设置若干连通左右两侧的通风管，所述通风管上设置根据上述实施例所述的路基通风管的开关装置。

通过根据本实施例所述路基6设置所述开关装置能够根据温度自动完成开关，当温暖时气囊5内的相变介质汽化体积急剧增大，从而驱动风门关闭通风口2以隔绝暖流；寒冷时气囊5内的相变介质液化体积急剧减小从而驱动风门打开通风口2以引入冷流。实现了通风管风门的自动环境响应，提高了高原多年冻土地区路基通风管的主动降温效果，减缓多年冻土退化。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种路基通风管的开关装置，其特征在于，包括：

管体(1)，所述管体(1)设置在路基(6)中；以及

设置在所述管体(1)的两端的通风口(2)，所述通风口(2)上设置有自动开关装置(3)；

其中，所述自动开关装置(3)在高于一定的温度时膨胀，并且堵住所述通风口(2)，从而关闭管体(1)。

2.根据权利要求1所述的路基通风管的开关装置，其特征在于，所述自动开关装置(3)包括设置在所述通风口(2)上的刚性框架，所述刚性框架包括若干均匀、平行布置的格栅(4)；所述格栅(4)上设置有若干膨缩机构，所述膨缩机构在高于一定的温度时膨胀从而封堵所述格栅(4)之间的空隙。

3.根据权利要求2所述的路基通风管的开关装置，其特征在于，所述膨缩机构包括柔性的气囊(5)，所述气囊(5)内设置有相变介质，所述相变介质在高于一定温度时发生气化从而使气囊(5)膨胀，在低于一定温度时发生液化从而使气囊(5)收缩。

4.根据权利要求3所述的路基通风管的开关装置，其特征在于，所述格栅(4)为水平设置的刚性条，所述气囊(5)设置在所述格栅(4)的上面、下面或者两面。

5.根据权利要求4所述的路基通风管的开关装置，其特征在于，所述气囊(5)收缩时在重力或内部压强间隙的作用下完成收缩，或者所述气囊(5)具有一定的弹性，收缩时在弹性的作用下完成收缩。

6.根据权利要求5所述的路基通风管的开关装置，其特征在于，所述相变介质为乙胺。

7.根据权利要求6所述的路基通风管的开关装置，其特征在于，通过掺入溶质、控制压强的方式对相变温度进行精调。

8.根据权利要求4或5所述的路基通风管的开关装置，其特征在于，所述气囊(5)采用的材质为热塑性聚氨酯弹性体橡胶。

9.根据权利要求6至7中任一项所述的路基通风管的开关装置，其特征在于，所述路基(6)为海拔4000米-5000米之间的多年冻土区路基(6)。

10.一种路基，其特征在于，所述路基(6)上设置若干连通左右两侧的通风管，所述通风管上设置根据权利要求1至9中任一项所述的路基通风管的开关装置。

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