一种基于热动力自循环系统的隧道竖井通风装置的制作方法

本实用新型涉及一种隧道竖井自动通风装置，尤其涉及一种基于烟囱效应通过将太阳能转化成热能来实现隧道竖井自动通风装置。

背景技术：

随着经济快速发展的需要，我国交通建设快速发展，公路隧道的建设数量逐年增加。为了保证隧道安全运营，如何有效的控制隧道运营期间的能耗，成为隧道建设的关键性技术指标。隧道通风作为隧道运营安全的关键性技术，目前多依靠射流风机纵向通风来实现隧道内外空气的交换，以达到隧道内部空气质量满足通行人员的健康要求。此种方式对于长度较短的隧道较为有效，但对于长大隧道则没有显著的效果，存在着高能耗、低效率的特点。长大隧道一般采用竖(斜)井通风的方式，将隧道内外空气相连，通过设置在竖井内轴流风机的作用实现隧道内外空气的交换，以满足隧道安全运营的需求，这种方式可以满足目前长大公路隧道的安全运营要求，但存在能耗高、噪音大、损耗大量的资源的缺点。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型从节能减排和绿色环保的角度出发，提供了一种无噪音、低损耗的隧道竖井通风装置，本实用新型设计合理，通过改变隧道竖井内的温度，升高隧道竖井内气体的温度，加速竖井内空气的流动速度，另一方面通过隧道竖井内外气体温度差，加速无动力风机的运动速度，进一步加速空气的排出，从而在热量提供动力的基础下，实现气流运动和风机旋转的良性循环，达到竖井自动通风的目的，实现了高效率、低能耗的绿色环保无污染的通风方式。

为达到上述目的，本实用新型所述一种基于热动力自循环系统的隧道竖井通风装置包括设置在隧道一侧的竖井，所述竖井通过横向通风道与隧道连通，所述竖井的顶部出口设置在隧道所在的山体表面，所述竖井中设置有能够提高竖井内气体的温度，并在竖井内形成负压区的热动力自循环系统，所述热动力自循环系统包括太阳能集热器和热循环水管，所述太阳能集热器的出水口与热循环水管的进水口连通。

所述热循环水管的出水口与自吸泵连接，所述自吸泵的出水口与太阳能集热器的进水口连通。

所述热循环水管上设置有用于检测热循环水管温度的温度传感器。

还包括为自吸泵供电的太阳能电池板。

所述太阳能集热器与热循环水管之间设置有保温蓄水箱。

所述竖井的顶部设置有无动力风机。

所述热循环水管以“S”型布置在竖井的内壁。

所述横向通风道的方向为斜向上方向，所述横向通风道与竖井的接口位置高于与隧道的接口位置。

所述竖井通过横向通风道与两条隧道连通。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益的技术效果，本实用新型设有竖井，竖井通过横向通风道与隧道连通，竖井中设置有能够提高竖井内气体的温度，并在竖井内形成负压区的热动力自循环系统，利用太阳能将水加热，将加热后的热水储存在保温蓄水箱中并输送至布置在竖井内的热循环水管中，在能源消耗尽量少的前提下，实现了隧道竖井进行空气自动交换，将隧道的竖井作为产生烟囱效应的烟囱本体，一方面充分利用了现有的结构，减少了工程量；另一方面减少了对环境的破坏，使工程实施尽可能的保护了当地的生态环境。

进一步的，热循环水管的出水口与自吸泵连接，自吸泵的出水口与太阳能集热器的进水口连通，自吸泵用于促进热循环水管内的水流循环，提高换气效率。

进一步的，热循环水管上设置有用于检测热循环水管温度的温度传感器，温度传感器为带控制功能的温度传感器，温度传感器提前设定好上限温度和下限温度，当水温低于下限温度时，温度传感器将信号发送至自吸泵并启动自吸泵，使自吸泵工作，以使热循环水管中的冷、热水进行流动，以保证空气流通的速度；当水温高于上限温度时，温度传感器将信号发送至自吸泵以关闭自吸泵，节省电能。

进一步的，还包括为自吸泵供电的太阳能电池板，利用太阳能对循环系统中的水进行加热，实现能量转换，节约能源。

进一步的，太阳能集热器与热循环水管之间设置有保温蓄水箱，保温蓄水箱用于储存经太阳能集热器加热后的热水，其四周用保温材料进行保温处理，达到良好的保温效果，以此来尽可能多的储存热水，以保证夜间和阴天的热水用量。

进一步的，竖井的顶部设置有无动力风机，利用自然风力及室内外温度差造成的空气热对流，推动涡轮旋转从而利用离心力和负压效应将隧道竖井内不新鲜的热空气排出，无动力风机以产生烟囱效应的热量为动力，而不消耗其他能量，充分利用了太阳能所转化成的热能，提高了能量的利用效率，最大限度的减少了对环境的破坏，达到了环保无污染的要求，同时无动力风机还起对竖井的防护作用，既可防止异物落入竖井对热循环水管造成损害或对竖井造成堵塞，还能有效防止雨雪进入竖井造成竖井、横向通风道和隧道积水。

进一步的，热循环水管以“S”型布置在竖井的内壁，以此保证热循环水管与空气的接触面积尽可能大，以取得更好地热交换效果，热循环水管的布置方法充分的增加了竖井内壁上水管的长度，使竖井内散发热量的热水增加，最大限度的发挥了热水的作用，提高了热量的利用效率。

进一步的，横向通风道的方向为斜向上方向，横向通风道与竖井的接口位置高于与隧道的接口位置，使隧道与竖井间的气流通道更加流畅，便于空气流通。

进一步的，竖井通过横向通风道与两条隧道连通，两个隧道使用同一个竖井，大大节约了建设资金，同时隧道与竖井的横向连接通道设计充分利用了交通风，提高了竖井的排风效率。

附图说明

图1为隧道竖井示意图；

图2为热动力自循环系统运行流程图；

图3为热动力自循环系统布置图；

图4为隧道竖井顶部装置布置示意图；

附图中：1-隧道，2-横向通风道，3-竖井，4-热循环水管出水口，5-热循环水管进水口，6-隧道内气体运动方向，7-热循环水管，8-自吸泵，9-太阳能电池板，10-保温蓄水箱，11-保温蓄水箱进水口，12-太阳能集热器，13-太阳能集热器进水口，14-太阳能集热器出水口，15-保温蓄水箱出水口，17，导线，18-无动力风机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

参照图1，一种基于热动力自循环系统的隧道竖井通风装置包括设置在两个隧道1之间的竖井3，竖井3通过横向通风道2分别与隧道1连通，两个隧道使用同一个竖井，大大节约了建设资金，将隧道的竖井作为产生烟囱效应的烟囱本体，一方面充分利用了现有的结构，减少了工程量；另一方面减少了对环境的破坏，使工程实施尽可能的保护了当地的生态环境，横向通风道2的方向为斜向上方向，横向通风道2与竖井3的接口位置高于与隧道1的接口位置，且横向通风道2的形状为圆弧状，横向通风道2中气流的方向与隧道1中的车流方向的夹角小于90°，气流通道平滑，有利于整个隧道中空气与竖井中的空气的相互流通，图1中的箭头6即为隧道内气体运动方向，竖井3的顶部出口设置在隧道1所在的山体表面，竖井3中设置有热动力自循环系统，热动力自循环系统用于提高竖井3内气体的温度，并在竖井3内形成负压区，从而在热量提供动力的基础下，实现气流运动和风机旋转的良性循环，达到竖井自动通风的目的。

参照图2和图3，热动力自循环系统包括太阳能集热器12和太阳能电池板9，利用太阳能对循环系统中的水进行加热，实现能量转换，节约能源，太阳能集热器12的出水口14与保温蓄水箱10的进水口11连接，保温蓄水箱10的出水口15与热循环水管7的进水口5连通，保温蓄水箱10用于储存太阳能集热器12加热后的热水，其四周用保温材料进行保温处理，达到良好的保温效果，以此来尽可能多的储存热水，以保证夜间和阴天的热水用量，热循环水管7的出水口4与自吸泵8连接，自吸泵8的出水口与太阳能集热器12的进水口13连通，热循环水管7最下端设置有用于检测热循环水管7温度的温度传感器16，太阳能电池板9用于为自吸泵8提供动力，并且将电能储存在电池中，以作为储备电源，自吸泵8采用间歇工作方式，利用太阳能电池板9产生的电能驱动热循环水管7内水流循环，每间隔一定时间将竖井3内壁热循环水管7中变凉的水输送回太阳能集热器12再次进行加热，同时自吸泵8受温度传感器16的控制，它在接收到温度传感器16的信号后自动启动或关闭，温度传感器16为带控制功能的温度传感器，温度传感器16提前设定好上限温度和下限温度，当水温低于下限温度时，温度传感器将信号发送至自吸泵8并启动自吸泵，使自吸泵8进行水管中冷热水的交换，以保证空气流通的速度；当水温高于上限温度时，温度传感器将信号发送至自吸泵8并关闭自吸泵，以节省电能。热动力自循环系统利用太阳能的热动力自循环系统实现了隧道竖井进行空气自动交换，减少了隧道竖井通风前期设备的投入，该装置简洁方便、造价低，前期建设费用小，能源消耗少，热循环水管7以“S”型布置在竖井3上部的内壁，以此保证热循环水管与空气的接触面积尽可能大，以取得更好地热交换效果，热循环水管的布置方法充分的增加了竖井内壁上水管的长度，使竖井内散发热量的热水增加，最大限度的发挥了热水的作用，提高了热量的利用效率，热循环水管7的作用是将保温蓄水箱10中的热水输送到竖井3内，与竖井3内的空气发生热交换，提高竖井内气体温度，在竖井内形成负压区，以加快隧道内空气循环速度。

参照图4，竖井3的顶部设置有无动力风机18，利用自然风力及室内外温度差造成的空气热对流，推动涡轮旋转从而利用离心力和负压效应将隧道竖井3内不新鲜的热空气排出，无动力风机以产生烟囱效应的热量为动力，而不消耗其他能量，充分利用了太阳能所转化成的热能，提高了能量的利用效率，最大限度的减少了对环境的破坏，达到了环保无污染的要求，同时无动力风机还起对竖井的防护作用，既可防止异物落入竖井对热循环水管造成损害或对竖井造成堵塞，还能有效防止雨雪进入竖井造成竖井、横向通风道和隧道积水。

本实用新型的工作原理是：通过热水与竖井内空气的热交换，提高了竖井内气体的温度，温度升高后，竖井内气体密度减小并上升，由此在竖井内形成负压区，隧道内的空气在气压差的作用下进入竖井，隧道内污浊的空气在竖井中升温并上升并排出竖井；另一方面，由于隧道竖井内温度较高，在竖井内外空气对流的条件下，实现了无动力风机的涡轮旋转，实现了在热量提供动力的前提下，加速空气排出的良性循环，从而达到了在尽可能少耗费能源的前提下，利用绿色环保的太阳能实现将隧道污浊气体排出隧道的要求。

本实用新型工作过程如下：

首先，将图3中各个装置安装就绪，在隧道竖井3顶部周围安装太阳能集热器12，太阳能集热器出水口14连接保温蓄水箱进水口11，保温蓄水箱出水口15连接竖井3中的热循环水管7的进水口5，竖井外的热循环水管出水口4与自吸泵8连接，自吸泵8的出水口与太阳能集热器进水口13连接，热循环水管7在竖井内呈“S”形布置，将温度传感器16安装在竖井中的热循环水管7上，温度传感器16将根据水管中温度变化传递信号给自吸泵8，自吸泵8与太阳能电池板9之间采用导线17连接，太阳能电池板9给自吸泵8供电，自吸泵8并接受温度传感器16的信号控制，将无动力风机18安装在竖井3的顶部。本装置利用太阳能将水加热，将加热后的热水储存在保温蓄水箱10中，并输送至布置在竖井内的热循环水管7中，同时根据温度传感器传递的信号，适时将热循环水管7中温度降低后的水传送回太阳能集热器12进行加热，这时保温蓄水箱10中的热水流入热循环水管7，以保证整个装置的正常运行，在此循环装置的各个部件联合作用下，竖井内将一直保持在较高的温度水平，达到了预定的要求，实现了绿色环保无污染的高效率、低能耗的通风要求。

与现有技术相比，本实用新型的优点如下：

1)该装置在运行过程中可以达到竖井长时间不间断的持续通风的效果，改善目前竖井内风机间歇式工作的现状，提高了隧道内的空气质量；

2)该装置在运行过程中损耗低、无污染，节约了大量的能源，极大地降低了隧道的运营成本；

3)由于不需要轴流风机，所以该装置的运行过程无噪音的产生，减小了对于隧道内行车人员的影响，增加了驾驶的舒适度，并减小了对于竖井外的噪音污染。