[發(fā)明專(zhuān)利]多段式熱樁

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510934371.1
• 申請(qǐng)日: 2015-12-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105352350A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-02-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊治文;牛偉民;米維軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中鐵西北科學(xué)研究院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): F28D15/02
• 分類(lèi)號(hào): F28D15/02;F24J3/08
• 代理公司: 甘肅省知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)中心 62100
• 代理人: 周立新

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于冷凍技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種重力式熱管，特別涉及一種多段式。

背景技術(shù)

美國(guó)陸軍工程兵團(tuán)ErwinLong先生在50年代晚期從養(yǎng)護(hù)多年凍土，利用融化的不穩(wěn)定凍土地基出發(fā)，發(fā)展了一種熱樁系統(tǒng)，即無(wú)芯重力式熱管，被命名為“Long熱樁”，并在1960年取得了發(fā)明專(zhuān)利。我國(guó)對(duì)熱管的研究始于70年代初期，為了解決寒區(qū)鐵路工程存在的路基問(wèn)題于1987年下達(dá)了“凍土地區(qū)應(yīng)用熱樁技術(shù)的研究”并在1989年取得了滿(mǎn)意的結(jié)果。

現(xiàn)有的熱樁是一種兩相液氣對(duì)流循環(huán)熱傳導(dǎo)系統(tǒng)，它實(shí)際上是在一根密封的管里面沖以工質(zhì)，管的上部為冷凝器，下部為蒸發(fā)器，當(dāng)冷凝器與蒸發(fā)器之間存在溫差時(shí)（冷凝器溫度低于蒸發(fā)器），蒸發(fā)器的液體工質(zhì)吸收熱量，蒸發(fā)成氣體工質(zhì)，在壓差作用下，蒸汽上升至冷凝器，與較冷的冷凝器管壁接觸，放出汽化潛熱，冷凝成液體，在重力作用下，液體工質(zhì)沿管壁流回蒸發(fā)器再蒸發(fā)，如此往復(fù)循環(huán)。這種傳熱機(jī)制決定了熱量只能從下向上傳輸，只有在空氣溫度低于熱樁液體段溫度時(shí)，熱樁才開(kāi)始啟動(dòng)工作。現(xiàn)有的熱樁在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在如下缺陷：

1）單根熱樁年平均功率偏小，雖然可以起到穩(wěn)定活動(dòng)層的作用，但是效果不是十分顯著，究其原因是蒸發(fā)段凍土的導(dǎo)熱系數(shù)小，另外熱樁液氨段和土體之間的導(dǎo)熱面積小，因此蒸發(fā)段的蒸發(fā)功率受到土體熱阻的限制，導(dǎo)致空氣中的冷量不能快速導(dǎo)入地基中。

2）液體工質(zhì)的液面處在熱樁的最底端，且往往設(shè)置在凍土穩(wěn)定層以下，使得熱樁蒸發(fā)段的溫度相對(duì)較低，即熱樁啟動(dòng)溫度低，只有在冬季低溫條件下才能有效啟動(dòng)，實(shí)際工作中，一旦液池位置的溫度接近于冷凝段溫度，熱樁的導(dǎo)熱趨于停止。

3）熱樁的啟動(dòng)和功率大小受到蒸發(fā)段液體工質(zhì)溫度和土體導(dǎo)熱系數(shù)的限制，在暖季（5月、6月、7月、8月、9月）基本不能啟動(dòng)工作。此時(shí)，熱樁對(duì)地表的熱量輸入無(wú)能為力，導(dǎo)致對(duì)凍土穩(wěn)定層的保護(hù)效果不夠顯著，也就是說(shuō)現(xiàn)有的熱樁不能很好地利用暖季晝夜溫度差來(lái)導(dǎo)出融凍層的熱量，熱樁的效能無(wú)法充分發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種多段式熱樁，不僅能將空氣中的冷量快速導(dǎo)入地基，而且能夠很好地利用暖季的晝夜溫差導(dǎo)出融凍層的熱量，提高年平均運(yùn)行功率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種多段式熱樁，包括殼體，殼體一端的外壁上設(shè)有散熱冷凝段翅片，殼體內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)隔離體，該至少一個(gè)隔離體將殼體內(nèi)部分成至少兩個(gè)互不相通的管內(nèi)空腔，管內(nèi)空腔通過(guò)冷凝液灌注孔與外界相通，每個(gè)管內(nèi)空腔內(nèi)均灌注有冷媒。

所述的隔離體上安裝有至少一根冷凝芯管，當(dāng)冷凝芯管為至少兩根時(shí)，冷凝芯管并排設(shè)置。

所述的隔離體采用第一隔離器、第二隔離器或第三隔離器。

本發(fā)明多段式熱樁是在現(xiàn)有熱樁的基礎(chǔ)上，將殼體內(nèi)部分成多個(gè)獨(dú)立的互不相通的空腔，加大了液體工質(zhì)和樁周土體的接觸面積，從而增大了單根熱樁與周?chē)馏w之間的導(dǎo)熱功率。熱樁在樁身范圍內(nèi)針對(duì)不同樁周土體溫度和大氣溫差分段啟動(dòng)工作，利用春、夏、秋三個(gè)季節(jié)的晝夜較差將季節(jié)凍土的熱量導(dǎo)出大氣層，實(shí)現(xiàn)熱樁能夠在一年四季都啟動(dòng)工作。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明多段式熱樁第一種實(shí)施例的剖面示意圖。

圖2是本發(fā)明多段式熱樁第二實(shí)施例的剖面示意圖；

圖3是本發(fā)明多段式熱樁第三種實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是圖3中的A-A剖視放大圖。

圖5是本發(fā)明多段式熱樁第四種實(shí)施例的剖面示意圖。

圖6是圖5中的B-B剖視放大圖。

圖7是本發(fā)明多段式熱樁第五種實(shí)施例的剖面示意圖。

圖8是本發(fā)明多段式熱樁第六種實(shí)施例的剖面示意圖。

圖中：1.殼體，2.散熱冷凝段翅片，3.冷凝液灌注孔，4.保護(hù)帽，5.第一冷凝芯管，6.冷媒，7.第一隔離器，8.第二冷凝芯管，9.第一管內(nèi)空腔，10.第三冷凝芯管，11.第四冷凝芯管，12.第二隔離器，13.引流支架，14.引流支架本體，15.支架通孔，16.第三隔離器，17.支撐架，18.支撐架本體，19.支撐架通孔，20.第二管內(nèi)空腔，21.第三管內(nèi)空腔，22.第四管內(nèi)空腔，23.第五管內(nèi)空腔，24.第六管內(nèi)空腔，25.第七管內(nèi)空腔，26.第八管內(nèi)空腔，27.第九管內(nèi)空腔，28.第十管內(nèi)空腔，29.第十一管內(nèi)空腔，30.第十二管內(nèi)空腔，31.第十三管內(nèi)空腔，32.第十四管內(nèi)空腔，33.第十五管內(nèi)空腔，34.第十六管內(nèi)空腔。

具體實(shí)施方式