专利名称：用于路基通风管的零温度控制开关的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及一种控制冻土工程温度场，尤其是用于保护多年冻土路基中通风管的控制开关。
背景技术：
冻土是一种温度低于0℃且含有冰的土岩，按冻土保持时间的长短可分为短时冻土(数小时至半月)、季节冻土(半月至数月)、多年冻土(数年至数百万年以上)，其分布区域称为寒区。世界陆地面积的50％为寒区所覆盖，在我国，寒区和多年冻土的面积分别占到国土面积的75％和21.5％。我国属世界第三冻土大国，而高海拔多年冻土面积则位居世界之最。
冻土不仅由于冰的存在其性质会较融土发生复杂和根本性的改变，而且在多年冻土区，通过长期的演化、发展和变化，更会形成厚达几米、几十米、甚至上百米各具形态的厚层地下冰。在广阔的多年冻土地区，蕴藏着丰富的矿藏、森林和土地资源。由于资源开发，日益加剧的人类活动极易诱发厚层地下冰的融化和冻土环境的变化，对人类工程建筑和自然环境带来的负面影响，甚至灾害。随着全球气候的不断转暖，使得这一形势变得更加严峻。
我国兴建的青藏铁路、青藏公路工程项目以及将要进行的新藏公路、新藏铁路、南水北调西线工程都面临高温(即温度接近0℃的多年冻土)、高含冰量冻土(即体积含冰量基本超过30％的多年冻土)、气候转暖和多年冻土不断退化等诸多难题。如何解决好路基和基础与多年冻土的相互作用，保证路基和基础长期年稳定、确保工程建筑安全运营也就成为亟待解决的关键科学问题。
我国寒区科学工作者立足国情，围绕青藏铁路国家重大工程项目，在以“冷却路基”科学思想的指导下，为积极保护多年冻土，达到冻土工程的长期稳定，紧密围绕各种工程措施进行了积极的探索和系统研究。俞祁浩在中国科学，2003，第33卷增刊中系统介绍了“自动温控通风路基在青藏铁路中的应用研究”，并通过2003年6月～10月的野外现场实践证明，这种新型工程措施结合利用冷能的思路，具有效能突出、降温效果明显、工程施工可行、造价相对低廉、应用环境较宽等诸多优点。该种措施的关键是在普通通风路基通风管上加装了可以根据外界环境温度变化自动开启和关闭的风门，当外界的环境温度大于设定感应温度时风门自动关闭，小于感应温度时自动开启，使得外界的冷能得以富集于路堤的内部，达到降温的目的。
虽然上述控制系统可以较为有效的降低多年冻土的温度，但通过2003年～2004年底的观测中发现，路堤温度场出现了以通风管为主较为快速的升温过程，由此，较大程度的削弱了整体降温效果。其主要原因在于其温度感应和控制系统主要由记忆合金组成，记忆合金的延迟效应只能使控制系统在一个设定温度区段内完成规定动作，加之青藏高原外界环境的巨大变化，使得风门在暖季常处于开启状态，尤其是在夜间。因此，如何使自控通风路基的控制系统能准确以设定的环境温度作为控制指标，完成开启和关闭动作；其次，设计较为合理的结构控制风门，必将最大程度发挥自控通风路基的降温效能，保证冻土工程处于长期稳定，避免全球气候转暖的影响，是冻土工程亟待需要解决的问题。
发明内容
基于上述思路，本发明通过查阅青藏高原的气温资料得知，高于0℃的时间约为5～9月不到五个月的时间，结合室内的初步分析计算，0℃是一个较为合理的控制温度点，水或冰随着温度的变化，在0℃会发生冻结或融化时单位体积发生9％的变化。根据物态变化的性质设计出一种控制温度点为零度的控制开关，它的动作可使整个路堤在全年的热量收支上可以达到最佳状态。因此，本发明设计一种路基通风管的零温度控制开关。它不仅可以充分满足自控通风路基的需要，而且在需要利用自然冷能或热能的工程中得以应用。该种开关简单、实施方便、造价低廉具有良好的应用前景。
本发明的目的是这样实现的一种用于路基通风管的零温度控制开关是由控制杆、弹簧、充满单元水体的密闭容器、金属壳体构成。壳体内装有弹簧和充满2-4个单元水体的密闭容器，密闭容器材质为金属；控制杆的一端穿过壳体内的弹簧与壳体内的充满单元水体的密闭容器连接；控制杆的另一端与路基中通风管内固结风门的轴杆相连接。
密闭容器和壳体金属材质为铝合金。
本发明的优点和产生的有益效果是
1、针对性强、具有充分的应用价值。本发明结合冻土工程的实际问题而提出，通过实施可以最大限度的发挥自控通风路基的降温效能，确保冻土工程的长期稳定。同时，通过其突出的效能可以进一步减少路堤高度，减少工程造价，拓宽其在各种不良冻土地区的应用；2、造价低廉、简单实用。以前的温度感应和控制系统主要由昂贵的记忆合金组成，工程造价较高。而本发明主要由水和弹簧组成，成本极为低廉，由此大大降低工程造价。在现场施工时只要与被控制体简单相连即可，非常简单方便。
图1通风管在路基中埋设位置示意2是本发明的结构示意图具体实施方式
下面，结合附图对本发明再作进一步的说明一种用于路基通风管的零温度控制开关1是由控制杆6、弹簧7、充满单元水体的密闭容器8、金属壳体9构成。壳体9内装有弹簧7和充满2-4个单元水体的密闭容器8，控制杆6的一端穿过壳体9内的弹簧7与壳体9内的充满水的密闭容器8连接；控制杆6的另一端与路基3中通风管2内固结风门4的轴杆5相连接。
密闭容器8和壳体9材质为铝合金。
随着路基3外界昼夜环境温度发生变化，由于壳体9内单元水体体积较小，随着外界气温的变化，极易发生物态变化，即水变冰或冰变水的相变过程。因此控制开关1可以在很短的时间内完成规定动作；其次，由于受密闭容器8外侧和外壳9的限制，当单元水体冻结发生体积膨胀时只沿轴向发生膨胀位移，在单元水体发生融化时，在弹簧7的作用下发生收缩位移。由此带动控制杆6的往复运动，带动轴杆5上的风门4完成开启或闭合动作，实现通风管2的隔热传冷的目的，保证路基3的稳定。
权利要求
1.一种用于路基中通风管零温度的控制开关(1)，是由控制杆(6)、弹簧(7)、充满单元水体的密闭容器(8)、金属壳体(9)构成，其特征是壳体(9)内装有弹簧(7)和充满单元水体的密闭容器(8)，密闭容器(8)材质为金属；控制杆(6)的一端穿过壳体(9)内的弹簧(7)与壳体(9)内的充满单元水体的密闭容器(8)接触；控制杆(6)的另一端与路基(3)中通风管(2)内固结风门(4)的轴杆(5)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于路基通风管的零温度控制开关，其特征是上述密闭容器(8)和壳体(9)金属材质为铝合金。
3.根据权利要求1所述的一种用于路基通风管的零温度控制开关，其特征是壳体(9)内充满单元水体的密闭容器(8)为2-4个。
全文摘要
本发明公开一种用于用于路基通风管的零温度控制开关。它是由控制杆、弹簧、充满水的单元密闭容器、金属壳体构成。壳体内装有弹簧和2－4个充满水的单元密闭容器，密闭容器材质为金属材料。控制杆的一端穿过壳体内的弹簧与壳体内的充满水的单元密闭容器相接，控制杆的另一端与路基中通风管内固结风门的轴杆相连接。本发明易加工，成本极为低廉，经济实用，可以大大降低工程造价。在现场施工时只要与轴杆相连即可，就可以实现自控通风路基的降温效能。
文档编号F16K31/68GK1670408SQ20051006535
公开日2005年9月21日 申请日期2005年4月4日 优先权日2005年4月4日
发明者俞祁浩, 程国栋, 何乃武 申请人:中国科学院寒区旱区环境与工程研究所