[发明专利]一种用于寒区隧道衬砌的除冰系统及方法

权利要求书

1.一种用于寒区隧道衬砌的主动除冰系统，其特征在于，包括：

除冰工作部，包括除冰单元与柔性除冰单元安装格栅，除冰单元通过柔性除冰单元安装格栅固定于隧道衬砌上；除冰单元包括金属盒，顶部设置除冰工作面层，底部设置电热柔性层；

能源供给单元，用于为电热柔性层工作提供电能；

控制模块，控制能源供给单元和除冰工作部；

所述除冰单元还包括压力传感器，位于金属盒内底部，用于测量低冰点溶液相变膨胀后受金属盒与除冰工作面层的变形限制而产生的膨胀压力，测量的膨胀力传输至控制模块；

所述低冰点溶液位于金属盒底部呈圆弧状的凹槽内，所述低冰点溶液为主动除冰单元的相变工作载体，由防冻剂与水配置而成，封闭在金属盒与除冰工作面层之间；所述低冰点溶液通过低温相变体积膨胀，在金属盒的底面及侧面变形限制下，使除冰工作面层受膨胀的低冰点溶液挤压而向外凸；所述低冰点溶液受热融化时体积恢复至原有状态，除冰工作面层向内微凸。

2.如权利要求1所述的一种用于寒区隧道衬砌的主动除冰系统，其特征在于，除冰单元还包括压力传感器信号导线、电热柔性层供电线，分别与压力传感器、电热柔性层连接。

3.权利要求1所述的一种用于寒区隧道衬砌的主动除冰系统，其特征在于，压力传感器信号导线、电热柔性层供电线均通过金属盒内部预留的孔洞引出外接。

4.如权利要求1所述的一种用于寒区隧道衬砌的主动除冰系统，其特征在于，能源供给单元包括光伏发电模组、风力发电机组、供电控制模块、储能模块、市电输入端口、及供电线缆；光伏发电模组、风力发电机组分别与供电控制模块连接，供电控制模块分别与储能模块、市电输入端口相连接，储能模块、市电输入端口分别与供电线缆相连接，能源供给单元通过供电线缆与除冰工作部中的电热柔性层供电线相连接。

5.如权利要求1所述的一种用于寒区隧道衬砌的主动除冰系统，其特征在于，控制模块包括储存模块、远程通信模块、用电控制模块和数据接收终端；储存模块与远程通信模块相连，用电控制模块与控制储能模块连接，储存模块与用电控制模块分别连接至远程通信模块。

6.如权利要求1所述的一种用于寒区隧道衬砌的主动除冰系统，其特征在于，压力传感器信号导线连接压力传感器信号导线总线，压力传感器信号导线总线与储存模块相连接；压力传感器通过采集的信号通过压力传感器信号导线、储存模块和远程通信模块发送至数据接收终端。

7.基于权利要求1-6任一项所述的一种用于寒区隧道衬砌的主动除冰系统的主动除冰方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一：储存模块根据预先设定的信号采集间隔采集压力传感器输出的膨胀压力信号；

步骤二：当环境温度低于除冰单元中低冰点溶液的温度时，低冰点溶液开始冻结，冻结产生膨胀向外凸，除冰工作面层向外凸，此步将破坏附着于除冰工作面层与其上附着冰体接触面的粘结；

步骤三：当除冰单元中的膨胀压力达到预设阈值一定时间后，用电控制模块接收远程通信模块所接收的数据接收终端发出的指令，对用电控制模块进行控制，用电控制模块发出控制命令，通过控制储能模块中储存的电能或市电输入端口所输入的电能，对除冰单元中的电热柔性层供电使其工作发热，储能模块中所储存的电能由供电控制模块控制的光伏发电模组或风力发电机组产生；

步骤四：电热柔性层加热因相变而膨胀的低冰点溶液，低冰点溶液融化后，因融化体积收缩而使除冰工作面层由外凸转为向内微凸，使其上的附着冰体脱落，一个主动除冰循环完成；

步骤五：主动除冰单元中的低冰点溶液恢复到冻结前状态，之后重复第二至第四步的步骤，进入下一个主动除冰循环过程。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述除冰单元当其处于未工作状态时，金属盒与除冰工作面层所形成的封闭空间内的低冰点溶液未发生相变，此时除冰工作面层向内微凸。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，如果发生极端低温情况，系统通过相变方式除冰无法彻底清理附着冰体时，通过用电控制模块控制储能模块或市电输入端口的用电输出功率，提高电热柔性层的发热进行直接融冰作业。