防治寒區工程凍土地基熱融病害的太陽能製冷凍結裝置製造方法

2023-05-29 06:26:46 1

防治寒區工程凍土地基熱融病害的太陽能製冷凍結裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種防治寒區工程凍土地基熱融病害的太陽能製冷凍結裝置，該裝置包括蒸發器及真空管集熱器、發生器、冷凝器、吸收器。冷凝器的底部設有液態氨管，其一側設有高溫氨蒸汽管，該高溫氨蒸汽管末端連有發生器；液態氨管的末端伸入蒸發器內；真空管集熱器的頂部和底部均設有熱媒水管，該熱媒水管連有蓄熱水箱；蓄熱水箱通過循環水泵與發生器內的循環管道相連；發生器的一側設有氨水濃溶液管，其底部設有氨水稀溶液管，該氨水濃溶液管和氨水稀溶液管之間設有熱交換器；吸收器的另一側上部設有低溫氨蒸汽管，該低溫氨蒸汽管上設有單向閥；溶液泵和循環水泵均分別連有光伏電池組和蓄電池。本實用新型在暖季能夠有效冷卻凍結凍土地基。
【專利說明】防治寒區工程凍土地基熱融病害的太陽能製冷凍結裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及多年凍土地基熱穩定性維護和主動冷卻凍結【技術領域】，尤其涉及防治寒區工程凍土地基熱融病害的太陽能製冷凍結裝置。

【背景技術】
[0002]目前，我國多年凍土主要分布在東北、西部高山和青藏高原，多年凍土的面積約為2.15X106km2，約佔國土面積的22.3%，鐵路、公路、電網、油氣管道等長距離線路工程廣泛修築在多年凍土地區。由於氣候變暖、人為擾動、行車荷載等因素導致凍土中固態水液化，削弱了地層的強度和穩定性，處於凍土地層的路基、塔基、管線地基廣泛面臨熱融誘發的沉陷、滑塌等病害，因此採用主動冷卻凍結措施極為必要。但由於線路工程距離長，沿線基礎設施落後，不具備人員及設備長期駐點維護的條件。以青藏鐵路為例，其主要採用片石、塊石氣冷結構、通風管散熱結構及熱棒維護路基熱穩定性。片石、塊石、通風管主要通過空氣對流換熱，熱棒通過地基和大氣的溫差驅動氣液兩相循環換熱，即上述結構主要在冷季通過低溫大氣來增加地基冷儲量，而在凍土熱融最嚴重的暖季則無法對地基起到降溫冷卻作用。
[0003]米維軍等的實用新型專利太陽能吸附式製冷裝置(201020003897.0)中所需的吸附劑導熱性能低，吸附/解吸時間長，單位製冷吸附劑的製冷功率較低，遠低於吸收式製冷系統，且吸附式製冷存在間歇性，必須通過兩臺或多臺吸附器實現製冷的連續性，工藝複雜，設備尺寸大，裝置構造的相對複雜提高了建造和維修的成本。
[0004]因此，在線路工程多年凍土地基的熱穩定性維護中，需要一種能夠在暖季對地基有效冷卻凍結，即能產生0°c以下的製冷溫度以保持或恢復土體中水分的凍結狀態，且不需要配套供電線路即可連續穩定工作的工程措施或製冷裝置。
實用新型內容
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種在暖季能夠有效冷卻凍結凍土地基的防治寒區工程凍土地基熱融病害的太陽能製冷凍結裝置。
[0006]為解決上述問題，本實用新型所述的防治寒區工程凍土地基熱融病害的太陽能製冷凍結裝置，其特徵在於:該裝置包括埋設於凍土地基中的蒸發器及置於地表上的真空管集熱器、發生器、冷凝器、吸收器；所述冷凝器的底部設有帶第一節流閥的液態氨管，其一側設有高溫氨蒸汽管，該高溫氨蒸汽管末端連有所述發生器；所述液態氨管的末端伸入所述蒸發器內；所述真空管集熱器的頂部和底部均設有熱媒水管，該熱媒水管連有蓄熱水箱；所述蓄熱水箱通過循環水泵與所述發生器內的循環管道相連，該循環管道與所述熱媒水管相連；所述發生器的一側設有氨水濃溶液管，其底部設有帶第二節流閥的氨水稀溶液管，該氨水濃溶液管和氨水稀溶液管之間設有熱交換器；所述氨水稀溶液管經所述熱交換器與所述吸收器的頂部相連；所述氨水濃溶液管依次經所述熱交換器、溶液泵與所述吸收器的一側底部相連；所述吸收器的另一側上部設有伸入所述蒸發器內的低溫氨蒸汽管，該低溫氨蒸汽管上設有單向閥；所述溶液泵和所述循環水泵均經導線通過控制器分別連有光伏電池組和蓄電池。
[0007]本實用新型與現有技術相比具有以下優點:
[0008]1、本實用新型採用真空管集熱器吸收太陽光的輻射熱量，集熱器內部存儲水被加熱升溫後，經其頂部水管進入蓄熱水箱上部，蓄熱水箱下部冷水由水管流到集熱器的下方。流進的冷水在集熱器內吸收熱量後，又上升到水箱內。蓄熱水箱內的熱媒水不斷對流循環，將水溫逐漸提高至100°c以上，作為氨水吸收式製冷的驅動熱源。
[0009]2、本實用新型以氨水為製冷工質對，其中氨為製冷劑，水為吸收劑。氨標準蒸發溫度為-33.3°C，蒸發器可實現0°C以下的製冷溫度，並利用氨水溶液的濃度隨著壓力和溫度變化而產生變化的物理性質，使製冷劑與氨水溶液分離，通過製冷劑的蒸發而製冷，又通過溶液實現對製冷劑的吸收，凍結蒸發器周圍一定範圍內天然地層或填料中的液態水分，增加地基強度和穩定性，有效防治因氣候變暖、行車荷載等因素導致的凍土退化。
[0010]3、本實用新型中設有一個熱交換器，讓發生器流出的高溫的氨水稀溶液與吸收器流出的低溫的氨水濃溶液進行熱交換，提高氨水濃溶液進入發生器的溫度。
[0011]4、本實用新型結構緊湊，體積小，佔地面積小，集成一體化裝設方便，不需要配套供電線路，可無人值守，適用於防治長距離線路工程凍土路基熱融導致的沉陷、滑塌等病害，運動部件少，壽命長，可彌補現有多年凍土地基降溫工程措施或裝置在夏季製冷效率低和製冷溫度難以達到o°c以下的不足。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。
[0013]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0014]圖2為本實用新型中太陽能集熱系統工作原理圖。
[0015]圖3為本實用新型中太陽能發電系統工作原理圖。
[0016]圖4為本實用新型中氨水吸收式製冷系統工作原理圖。
[0017]圖中:I一真空管集熱器 2—蓄熱水箱 3—循環水泵4一發生器5—熱媒水管6—光伏電池組7—導線 8—控制器9 一蓄電池10—溶液泵11 一高溫氨蒸汽管12—冷凝器13—第一節流閥14 一液態氨管15—蒸發器16—低溫氨蒸汽管17—單向閥18—吸收器19一熱交換器20—氨水濃溶液管21—氨水稀溶液管22—第二節流閥。

【具體實施方式】
[0018]如圖廣4中(圖中箭頭所指方向為流動方向)，防治寒區工程凍土地基熱融病害的太陽能製冷凍結裝置，該裝置包括埋設於凍土地基中的蒸發器15及置於地表上的真空管集熱器1、發生器4、冷凝器12、吸收器18。
[0019]冷凝器12的底部設有帶第一節流閥13的液態氨管14，其一側設有高溫氨蒸汽管11，該高溫氨蒸汽管11末端連有發生器4 ;液態氨管14的末端伸入蒸發器15內；真空管集熱器I的頂部和底部均設有熱媒水管5，該熱媒水管5連有蓄熱水箱2 ;蓄熱水箱2通過循環水泵3與發生器4內的循環管道相連，該循環管道與熱媒水管5相連；發生器4的一側設有氨水濃溶液管20，其底部設有帶第二節流閥22的氨水稀溶液管21，該氨水濃溶液管20和氨水稀溶液管21之間設有熱交換器19 ;氨水稀溶液管21經熱交換器19與吸收器18的頂部相連；氨水濃溶液管20依次經熱交換器19、溶液泵10與吸收器18的一側底部相連；吸收器18的另一側上部設有伸入蒸發器15內的低溫氨蒸汽管16，該低溫氨蒸汽管16上設有單向閥17 ;溶液泵10和循環水泵3均經導線7通過控制器8分別連有光伏電池組6和蓄電池9。
[0020]其中:冷凝器12採用風冷降溫方式。
[0021]本實用新型可組裝成立式布設在凍土地基上，蒸發器15埋設於凍土地基中，起冷卻凍結地層作用。蒸發器15—般採用圓柱形式，通過非開挖式鑽進成孔後裝設。
[0022]為防治水、土中的腐蝕性成分使蒸發器15產生鏽蝕，需在其表層做噴漆等防腐措施。
[0023]在多年凍土地基的熱融防治區內，根據工程特徵、土體熱傳導特性及其他相關條件，布設鑽孔間距和孔徑，孔深(柱狀蒸發器長度)控制在多年凍土上限位置以下，本實用新型布設完成後的縫隙須回填密實。
[0024]使用時，在一年四季中陽光充足的白天，真空管集熱器I吸收太陽熱能產生高溫熱媒水，經熱媒水管5循環存儲在蓄熱水箱2中，存儲在蓄熱水箱2中的高溫熱媒水由循環水泵3驅動在熱媒水管5中持續循環加熱發生器4內的高濃度氨水溶液，隨著氨的不斷汽化，
[0025]發生器4內的氨水溶液濃度不斷降低，經氨水稀溶液管21和第二節流閥22進入吸收器18 ;高溫氨蒸氣經高溫氨蒸汽管11進入冷凝器12，在冷凝器12中風冷後降溫凝結，成為高壓低溫的液態氨；當冷凝器12內的液態氨通過液態氨管14和第一節流閥13進入蒸發器15後急速膨脹而汽化，在汽化過程中大量吸收蒸發器15周圍凍土地層的熱量，蒸發器15表面製冷溫度可達0°C以下，從而凍結蒸發器15周圍一定範圍內凍土地基中的液態水。在此過程中，低溫氨蒸氣經低溫氨蒸汽管16和單向閥17進入吸收器18，被吸收器18內的氨水稀溶液吸收，溶液濃度逐步升高，再經氨水濃溶液管20和溶液泵10加壓後流回發生器4，完成整個製冷系統的循環。如此周而復始循環進行製冷，起到持續冷卻地基、凍結水分的作用。
[0026]光伏電池組6在有光照情況下發電，將太陽能轉換為電能，通過控制器8給負載供電，同時給蓄電池9充電；在無光照時，通過控制器8由蓄電池9為循環水泵3和溶液泵10運行提供所需電源。
【權利要求】
1.防治寒區工程凍土地基熱融病害的太陽能製冷凍結裝置，其特徵在於:該裝置包括埋設於凍土地基中的蒸發器(15)及置於地表上的真空管集熱器(I)、發生器(4)、冷凝器(12)、吸收器(18);所述冷凝器(12)的底部設有帶第一節流閥(13)的液態氨管(14)，其一側設有高溫氨蒸汽管(11)，該高溫氨蒸汽管(11)末端連有所述發生器(4);所述液態氨管(14)的末端伸入所述蒸發器(15)內；所述真空管集熱器(I)的頂部和底部均設有熱媒水管(5),該熱媒水管(5)連有蓄熱水箱(2);所述蓄熱水箱(2)通過循環水泵(3)與所述發生器(4)內的循環管道相連，該循環管道與所述熱媒水管(5)相連；所述發生器(4)的一側設有氨水濃溶液管(20)，其底部設有帶第二節流閥(22)的氨水稀溶液管(21)，該氨水濃溶液管(20 )和氨水稀溶液管(21)之間設有熱交換器(19 );所述氨水稀溶液管(21)經所述熱交換器(19)與所述吸收器(18)的頂部相連；所述氨水濃溶液管(20)依次經所述熱交換器(19)、溶液泵(10)與所述吸收器(18)的一側底部相連；所述吸收器(18)的另一側上部設有伸入所述蒸發器(15)內的低溫氨蒸汽管(16)，該低溫氨蒸汽管(16)上設有單向閥(17);所述溶液泵(10 )和所述循環水泵(3 )均經導線(7 )通過控制器(8 )分別連有光伏電池組(6 )和蓄電池(9)。
【文檔編號】E02D3/115GK204112307SQ201420589548
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月13日 優先權日:2014年10月13日
【發明者】胡田飛, 孫子超, 杜升濤, 王曉明 申請人:胡田飛