[发明专利]一种高寒地区隧道防寒抗冻系统

权利要求书

1.一种高寒地区隧道防寒抗冻系统，其特征在于，包括：

风扇，所述风扇设置于隧道中；

发电机，所述发电机与所述风扇相连；

抗冻层，所述抗冻层设置于所述隧道的初期支护与二次衬砌之间，或设置于所述二次衬砌靠近于所述隧道中心的一侧；

电热元件，所述电热元件与所述发电机电连接，所述电热元件设置于所述隧道的排水系统中和/或抗冻层中。

2.根据权利要求1所述的高寒地区隧道防寒抗冻系统，其特征在于，还包括蓄电池，所述蓄电池设置于所述发电机与所述电热元件之间，并与所述发电机和所述电热元件电连接，所述蓄电池用于储存所述发电机所发电能，并供所述电热元件使用。

3.根据权利要求2所述的高寒地区隧道防寒抗冻系统，其特征在于，还包括传感器、处理器和开关，所述传感器与处理器通信相连，所述处理器与所述开关相连，所述开关用于控制所述蓄电池与所述电热元件之间的电路的通断；

所述传感器用于检测所述抗冻层和/或所述排水系统的温度并发送给处理器，所述处理器用于接收所述传感器的数据并控制所述开关。

4.根据权利要求1所述的高寒地区隧道防寒抗冻系统，其特征在于，所述电热元件包括电热丝。

5.根据权利要求1所述的高寒地区隧道防寒抗冻系统，其特征在于，所述发电机设置于所述隧道的拱墙中。

6.一种高寒地区隧道防寒抗冻方法，其特征在于，基于权利要求1-5中任意一项所述的高寒地区隧道防寒抗冻系统，包括以下步骤：

隧道内通过自然风和/或活塞风时，风能驱动风扇旋转，通过所述风扇带动发电机发电，用于为电热元件提供电能。

7.根据权利要求6所述的高寒地区隧道防寒抗冻方法，其特征在于，所述发电机所发的电能储存在蓄电池中；

抗冻层和/或排水系统的温度低于第一预设值时，蓄电池与所述电热元件之间的电路连通；

抗冻层和/或排水系统的温度高于第二预设值时，所述蓄电池与所述电热元件之间的电路断开。

8.一种高寒地区隧道防寒抗冻系统的热能计算方法，其特征在于，用于计算权利要求1-5中任意一项所述的高寒地区隧道防寒抗冻系统能够产生的热能，包括以下步骤：

S1.采集或计算得到活塞风或自然风经过风扇前的第一风速、经过风扇后的第二风速以及经过风扇时的瞬时风速；

S2.建立基于第一风速、第二风速、瞬时风速、风扇面积和空气密度的风能计算模型；

S3.通过风能计算模型输出风在单位时间内传递给风扇的动能，并据此计算发电机能够产生的电能，以及确定发热元件的型号及功率。

9.根据权利要求8所述的高寒地区隧道防寒抗冻系统的热能计算方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述风能计算模型为：

其中，v为风经过风扇时的瞬时风速；

v₁为风经过风扇前的第一风速；

v₂为风经过风扇后的第二风速；

ρ为空气密度；

A为风扇面积；

E为单位时间内传递给风扇的风能。