[實(shí)用新型]熱管式人工地層冷凍系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200920042292.X
• 申請(qǐng)日: 2009-03-20
• 公開（公告）號(hào): CN201395790Y
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江陰市科博機(jī)械有限公司
• 主分類號(hào): E02D3/115
• 分類號(hào): E02D3/115;E02D19/14;E02D31/00
• 代理公司: 江陰市同盛專利事務(wù)所
• 代理人: 唐紉蘭

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種熱管式人工地層冷凍系統(tǒng)，主要用于地下施工時(shí)，含水土壤層的凍結(jié)。

(二)背景技術(shù)

人工地層冷凍系統(tǒng)是指通過人工的手段將地下含水土壤凍結(jié)使之形成凍土層的過程。隨著技術(shù)的發(fā)展，人工地層冷凍技術(shù)已越來越受到人們的關(guān)注，在很多地下的施工中，得到了應(yīng)有，如開挖過江跨海隧道工程等。由于土質(zhì)疏松，開挖過程中容易出現(xiàn)塌方，往往需要人工地層冷凍技術(shù)將地層先行凍結(jié)，加強(qiáng)力學(xué)性能后通過機(jī)械手段再進(jìn)行施工。有些礦藏由于埋藏較深，開采土層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用人工地層冷凍技術(shù)先將地層冷凍再進(jìn)行開挖是比較穩(wěn)妥的方案。對(duì)于一些特殊礦種已有先例，并逐步得到認(rèn)可。另外，人工地層冷凍技術(shù)還可能應(yīng)用于污染物控制，當(dāng)某區(qū)域土壤受到難以降解污染物污染時(shí)，如大量重金屬、核廢料等，其地下水流動(dòng)又相對(duì)比較活躍時(shí)，為了避免污染面積擴(kuò)大，采用地層冷凍方式將其地下水域流道改路是比較安全合理的方法。

綜上所述，人工地層冷凍技術(shù)隨著社會(huì)的發(fā)展已經(jīng)越來越受到人們的重視，目前的人工地層冷凍技術(shù)一般是采用使冷凍液在U型管內(nèi)吸收地層熱量的方法實(shí)現(xiàn)地層冷凍。一般有兩種方式：一種為直接冷媒，以液態(tài)氨為主，通過液氨在管內(nèi)流動(dòng)吸收熱量轉(zhuǎn)化為顯熱和潛熱。另一種為間接冷媒，以氯化鈣水溶液為主，氯化鈣水溶液在地面與冷媒如液氮或液氨換熱，自身溫度下降然后通過地下?lián)Q熱器吸收熱量溫度升高，將地層中熱量帶出使地層中水發(fā)生固液相變，實(shí)現(xiàn)地層冷凍的目的，但兩者均存在一定缺陷：首先，對(duì)于直接冷卻系統(tǒng)，一般載冷工質(zhì)為低沸點(diǎn)液態(tài)工質(zhì)，利用其潛熱可以獲得更多的冷量，但也同時(shí)帶來了安全隱患，一旦載冷工質(zhì)泄漏(如液氨)，在地層內(nèi)可能發(fā)生汽化，導(dǎo)致地層內(nèi)形成輸送多孔層結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度嚴(yán)重下降，并且液氨輕微的泄漏造成的疏松土體體積可能就是很大的，嚴(yán)重時(shí)可能影響整個(gè)土體的力學(xué)性能，給施工造成很大隱患，而且液態(tài)工作介質(zhì)泄漏速率如果不大，很難察覺，在近三十天的冷凍過程中可能造成大面積土層力學(xué)性能下降。其次對(duì)于二次回路循環(huán)，即由冷凍液液相二次循環(huán)換熱。該方法使用載冷工質(zhì)的液相顯熱換熱，低沸點(diǎn)的工質(zhì)不進(jìn)入地下，所以避免了產(chǎn)生面包狀地層的可能性，但地溫循環(huán)液一般為有機(jī)物或無機(jī)物的水溶液，無論是有機(jī)物還是無機(jī)物的水溶液，一旦發(fā)生泄漏均會(huì)污染環(huán)境，造成局部環(huán)境惡化，盡管目前出現(xiàn)了一些環(huán)保型防凍液，但其價(jià)格和對(duì)液體粘度造成的影響均可能導(dǎo)致施工成本上升。另外，由于是二次回路換熱，由對(duì)流換熱控制，可能不如直接換熱效果明顯，同樣導(dǎo)致運(yùn)行成本提高，上述兩種方案均為液體或汽液兩相混合物在地下?lián)Q熱器中直接流動(dòng)，其消耗的泵功是相當(dāng)可觀的。

(三)發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于克服上述不足，提供一種使用安全、無污染、能耗低的熱管式人工地層冷凍系統(tǒng)。

本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種熱管式人工地層冷凍系統(tǒng)，其特征在于它包括熱管和冷卻夾套，所述熱管分為兩段，分別為露出地面的冷凝段和插入地下的蒸發(fā)段，所述冷凝段上設(shè)置有冷卻夾套，冷卻夾套下部設(shè)置有冷凍液進(jìn)口，上部設(shè)置有冷凍液出口。

本實(shí)用新型熱管式人工地層冷凍系統(tǒng)，所述熱管內(nèi)部的介質(zhì)為液氮或液氨。

本實(shí)用新型熱管式人工地層冷凍系統(tǒng)，所述熱管為不銹鋼或碳鋼-氨熱管。