防治寒区工程冻土地基热融病害的太阳能制冷冻结装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种防治寒区工程冻土地基热融病害的太阳能制冷冻结装置，该装置包括蒸发器及真空管集热器、发生器、冷凝器、吸收器。冷凝器的底部设有液态氨管，其一侧设有高温氨蒸汽管，该高温氨蒸汽管末端连有发生器；液态氨管的末端伸入蒸发器内；真空管集热器的顶部和底部均设有热媒水管，该热媒水管连有蓄热水箱；蓄热水箱通过循环水泵与发生器内的循环管道相连；发生器的一侧设有氨水浓溶液管，其底部设有氨水稀溶液管，该氨水浓溶液管和氨水稀溶液管之间设有热交换器；吸收器的另一侧上部设有低温氨蒸汽管，该低温氨蒸汽管上设有单向阀；溶液泵和循环水泵均分别连有光伏电池组和蓄电池。本实用新型在暖季能够有效冷却冻结冻土地基。
【专利说明】防治寒区工程冻土地基热融病害的太阳能制冷冻结装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及多年冻土地基热稳定性维护和主动冷却冻结【技术领域】，尤其涉及防治寒区工程冻土地基热融病害的太阳能制冷冻结装置。
【背景技术】
[0002]目前，我国多年冻土主要分布在东北、西部高山和青藏高原，多年冻土的面积约为2.15X106km2，约占国土面积的22.3%，铁路、公路、电网、油气管道等长距离线路工程广泛修筑在多年冻土地区。由于气候变暖、人为扰动、行车荷载等因素导致冻土中固态水液化，削弱了地层的强度和稳定性，处于冻土地层的路基、塔基、管线地基广泛面临热融诱发的沉陷、滑塌等病害，因此采用主动冷却冻结措施极为必要。但由于线路工程距离长，沿线基础设施落后，不具备人员及设备长期驻点维护的条件。以青藏铁路为例，其主要采用片石、块石气冷结构、通风管散热结构及热棒维护路基热稳定性。片石、块石、通风管主要通过空气对流换热，热棒通过地基和大气的温差驱动气液两相循环换热，即上述结构主要在冷季通过低温大气来增加地基冷储量，而在冻土热融最严重的暖季则无法对地基起到降温冷却作用。
[0003]米维军等的实用新型专利太阳能吸附式制冷装置(201020003897.0)中所需的吸附剂导热性能低，吸附/解吸时间长，单位制冷吸附剂的制冷功率较低，远低于吸收式制冷系统，且吸附式制冷存在间歇性，必须通过两台或多台吸附器实现制冷的连续性，工艺复杂，设备尺寸大，装置构造的相对复杂提高了建造和维修的成本。
[0004]因此，在线路工程多年冻土地基的热稳定性维护中，需要一种能够在暖季对地基有效冷却冻结，即能产生0°c以下的制冷温度以保持或恢复土体中水分的冻结状态，且不需要配套供电线路即可连续稳定工作的工程措施或制冷装置。
实用新型内容
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种在暖季能够有效冷却冻结冻土地基的防治寒区工程冻土地基热融病害的太阳能制冷冻结装置。
[0006]为解决上述问题，本实用新型所述的防治寒区工程冻土地基热融病害的太阳能制冷冻结装置，其特征在于:该装置包括埋设于冻土地基中的蒸发器及置于地表上的真空管集热器、发生器、冷凝器、吸收器；所述冷凝器的底部设有带第一节流阀的液态氨管，其一侧设有高温氨蒸汽管，该高温氨蒸汽管末端连有所述发生器；所述液态氨管的末端伸入所述蒸发器内；所述真空管集热器的顶部和底部均设有热媒水管，该热媒水管连有蓄热水箱；所述蓄热水箱通过循环水泵与所述发生器内的循环管道相连，该循环管道与所述热媒水管相连；所述发生器的一侧设有氨水浓溶液管，其底部设有带第二节流阀的氨水稀溶液管，该氨水浓溶液管和氨水稀溶液管之间设有热交换器；所述氨水稀溶液管经所述热交换器与所述吸收器的顶部相连；所述氨水浓溶液管依次经所述热交换器、溶液泵与所述吸收器的一侧底部相连；所述吸收器的另一侧上部设有伸入所述蒸发器内的低温氨蒸汽管，该低温氨蒸汽管上设有单向阀；所述溶液泵和所述循环水泵均经导线通过控制器分别连有光伏电池组和蓄电池。
[0007]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0008]1、本实用新型采用真空管集热器吸收太阳光的辐射热量，集热器内部存储水被加热升温后，经其顶部水管进入蓄热水箱上部，蓄热水箱下部冷水由水管流到集热器的下方。流进的冷水在集热器内吸收热量后，又上升到水箱内。蓄热水箱内的热媒水不断对流循环，将水温逐渐提高至100°c以上，作为氨水吸收式制冷的驱动热源。
[0009]2、本实用新型以氨水为制冷工质对，其中氨为制冷剂，水为吸收剂。氨标准蒸发温度为-33.3°C，蒸发器可实现0°C以下的制冷温度，并利用氨水溶液的浓度随着压力和温度变化而产生变化的物理性质，使制冷剂与氨水溶液分离，通过制冷剂的蒸发而制冷，又通过溶液实现对制冷剂的吸收，冻结蒸发器周围一定范围内天然地层或填料中的液态水分，增加地基强度和稳定性，有效防治因气候变暖、行车荷载等因素导致的冻土退化。
[0010]3、本实用新型中设有一个热交换器，让发生器流出的高温的氨水稀溶液与吸收器流出的低温的氨水浓溶液进行热交换，提高氨水浓溶液进入发生器的温度。
[0011]4、本实用新型结构紧凑，体积小，占地面积小，集成一体化装设方便，不需要配套供电线路，可无人值守，适用于防治长距离线路工程冻土路基热融导致的沉陷、滑塌等病害，运动部件少，寿命长，可弥补现有多年冻土地基降温工程措施或装置在夏季制冷效率低和制冷温度难以达到o°c以下的不足。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0013]图1为本实用新型的结构示意图。
[0014]图2为本实用新型中太阳能集热系统工作原理图。
[0015]图3为本实用新型中太阳能发电系统工作原理图。
[0016]图4为本实用新型中氨水吸收式制冷系统工作原理图。
[0017]图中:I一真空管集热器 2—蓄热水箱 3—循环水泵4一发生器5—热媒水管6—光伏电池组7—导线 8—控制器9 一蓄电池10—溶液泵11 一高温氨蒸汽管12—冷凝器13—第一节流阀14 一液态氨管15—蒸发器16—低温氨蒸汽管17—单向阀18—吸收器19一热交换器20—氨水浓溶液管21—氨水稀溶液管22—第二节流阀。
【具体实施方式】
[0018]如图广4中(图中箭头所指方向为流动方向)，防治寒区工程冻土地基热融病害的太阳能制冷冻结装置，该装置包括埋设于冻土地基中的蒸发器15及置于地表上的真空管集热器1、发生器4、冷凝器12、吸收器18。
[0019]冷凝器12的底部设有带第一节流阀13的液态氨管14，其一侧设有高温氨蒸汽管11，该高温氨蒸汽管11末端连有发生器4 ;液态氨管14的末端伸入蒸发器15内；真空管集热器I的顶部和底部均设有热媒水管5，该热媒水管5连有蓄热水箱2 ;蓄热水箱2通过循环水泵3与发生器4内的循环管道相连，该循环管道与热媒水管5相连；发生器4的一侧设有氨水浓溶液管20，其底部设有带第二节流阀22的氨水稀溶液管21，该氨水浓溶液管20和氨水稀溶液管21之间设有热交换器19 ;氨水稀溶液管21经热交换器19与吸收器18的顶部相连；氨水浓溶液管20依次经热交换器19、溶液泵10与吸收器18的一侧底部相连；吸收器18的另一侧上部设有伸入蒸发器15内的低温氨蒸汽管16，该低温氨蒸汽管16上设有单向阀17 ;溶液泵10和循环水泵3均经导线7通过控制器8分别连有光伏电池组6和蓄电池9。
[0020]其中:冷凝器12采用风冷降温方式。
[0021]本实用新型可组装成立式布设在冻土地基上，蒸发器15埋设于冻土地基中，起冷却冻结地层作用。蒸发器15—般采用圆柱形式，通过非开挖式钻进成孔后装设。
[0022]为防治水、土中的腐蚀性成分使蒸发器15产生锈蚀，需在其表层做喷漆等防腐措施。
[0023]在多年冻土地基的热融防治区内，根据工程特征、土体热传导特性及其他相关条件，布设钻孔间距和孔径，孔深(柱状蒸发器长度)控制在多年冻土上限位置以下，本实用新型布设完成后的缝隙须回填密实。
[0024]使用时，在一年四季中阳光充足的白天，真空管集热器I吸收太阳热能产生高温热媒水，经热媒水管5循环存储在蓄热水箱2中，存储在蓄热水箱2中的高温热媒水由循环水泵3驱动在热媒水管5中持续循环加热发生器4内的高浓度氨水溶液，随着氨的不断汽化，
[0025]发生器4内的氨水溶液浓度不断降低，经氨水稀溶液管21和第二节流阀22进入吸收器18 ;高温氨蒸气经高温氨蒸汽管11进入冷凝器12，在冷凝器12中风冷后降温凝结，成为高压低温的液态氨；当冷凝器12内的液态氨通过液态氨管14和第一节流阀13进入蒸发器15后急速膨胀而汽化，在汽化过程中大量吸收蒸发器15周围冻土地层的热量，蒸发器15表面制冷温度可达0°C以下，从而冻结蒸发器15周围一定范围内冻土地基中的液态水。在此过程中，低温氨蒸气经低温氨蒸汽管16和单向阀17进入吸收器18，被吸收器18内的氨水稀溶液吸收，溶液浓度逐步升高，再经氨水浓溶液管20和溶液泵10加压后流回发生器4，完成整个制冷系统的循环。如此周而复始循环进行制冷，起到持续冷却地基、冻结水分的作用。
[0026]光伏电池组6在有光照情况下发电，将太阳能转换为电能，通过控制器8给负载供电，同时给蓄电池9充电；在无光照时，通过控制器8由蓄电池9为循环水泵3和溶液泵10运行提供所需电源。
【权利要求】
1.防治寒区工程冻土地基热融病害的太阳能制冷冻结装置，其特征在于:该装置包括埋设于冻土地基中的蒸发器(15)及置于地表上的真空管集热器(I)、发生器(4)、冷凝器(12)、吸收器(18);所述冷凝器(12)的底部设有带第一节流阀(13)的液态氨管(14)，其一侧设有高温氨蒸汽管(11)，该高温氨蒸汽管(11)末端连有所述发生器(4);所述液态氨管(14)的末端伸入所述蒸发器(15)内；所述真空管集热器(I)的顶部和底部均设有热媒水管(5),该热媒水管(5)连有蓄热水箱(2);所述蓄热水箱(2)通过循环水泵(3)与所述发生器(4)内的循环管道相连，该循环管道与所述热媒水管(5)相连；所述发生器(4)的一侧设有氨水浓溶液管(20)，其底部设有带第二节流阀(22)的氨水稀溶液管(21)，该氨水浓溶液管(20 )和氨水稀溶液管(21)之间设有热交换器(19 );所述氨水稀溶液管(21)经所述热交换器(19)与所述吸收器(18)的顶部相连；所述氨水浓溶液管(20)依次经所述热交换器(19)、溶液泵(10)与所述吸收器(18)的一侧底部相连；所述吸收器(18)的另一侧上部设有伸入所述蒸发器(15)内的低温氨蒸汽管(16)，该低温氨蒸汽管(16)上设有单向阀(17);所述溶液泵(10 )和所述循环水泵(3 )均经导线(7 )通过控制器(8 )分别连有光伏电池组(6 )和蓄电池(9)。
【文档编号】E02D3/115GK204112307SQ201420589548
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月13日 优先权日:2014年10月13日
【发明者】胡田飞, 孙子超, 杜升涛, 王晓明 申请人:胡田飞