[發明專利]一種用于土壤溫度調控的復合型熱棒及其控制方法

在審

• 申請號: 202011275916.X
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112268473A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 游田;劉建坤;李沛余
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: F28D15/02
• 分類號: F28D15/02;F28D15/06;F25B1/00;F25B27/00;F25B49/02;H02J7/35
• 代理公司: 深圳市創富知識產權代理有限公司 44367
• 代理人: 李思坪

本發明公開了一種用于土壤溫度調控的復合型熱棒及其控制方法，包括太陽能光伏裝置、復合制冷裝置和控制模塊，所述控制模塊分別與太陽光伏裝置和復合制冷裝置連接，所述太陽能光伏裝置包括太陽能光伏板、電能控制器、蓄電池、逆變器和電表，所述復合制冷裝置包括風冷式冷凝器、電動閥、電動膨脹閥、壓縮機、自立式三通閥和直膨式蒸發器，所述控制模塊包括傳感器和控制器。本發明通過共用冷凝器和蒸發器，巧妙設計閥門和制冷劑循環管路等，不僅可以將土壤中的熱量高效排至低溫空氣，還可將其有效排至高溫空氣，實現裝置的經濟高效。本發明可廣泛應用在溫度調控裝置領域。

技術領域

本發明涉及溫度調控裝置領域，尤其涉及一種用于土壤溫度調控的復合型熱棒及其控制方法。

背景技術

對于多年凍土地區，暖季凍土融化等將引起路基變形、拱起和傾斜等不良現象，影響高速鐵路的穩定性，嚴重時甚至造成人員傷亡等問題。因此，要保證多年凍土區路基工程的穩定性和安全性，必須要保證凍土的承載力和熱穩定性，防止凍土溫度升高，避免凍土層融化。

為主動冷卻路基，防止凍土區土壤溫度升高，目前多采用塊石層、通風管和熱棒等技術。傳統熱棒一段埋入土壤，其余一段暴露在空氣中。當空氣溫度明顯低于土壤溫度時，熱棒土壤段的液態制冷劑被溫度較高的土壤加熱，吸收土壤熱量并蒸發變成氣態，上升至空氣段；然后，氣態制冷劑被低溫空氣冷凝，將熱量釋放至空氣并冷凝成液態，在重力的作用下流回土壤段。但該類技術主要運用在冷季等大氣溫度較低的條件下，通過土壤的冷季蓄冷來抵抗暖季土壤溫度的升高，無法實現土壤的全年制冷。特別是在凍土退化風險較高的暖季，傳統熱棒無法運行，不能有針對性地解決暖季凍土融化的問題。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種用于土壤溫度調控的復合型熱棒，既可在冷季空氣溫度較低時采用靠熱虹吸模式制冷，又可在暖季則依靠采用蒸汽壓縮模式換熱。

本發明所采用的第一技術方案是：一種用于土壤溫度調控的復合型熱棒棒，包括太陽能光伏裝置、復合制冷裝置和控制模塊，所述控制模塊分別與太陽光伏裝置和復合制冷裝置連接，所述太陽能光伏裝置包括太陽能光伏板、電能控制器、蓄電池、逆變器和電表，所述太陽能光伏板、電能控制器、逆變器和電表依次連接，所述電能控制器還與蓄電池連接，所述電能控制器與控制模塊連接，所述復合制冷裝置包括風冷式冷凝器、第一切換模塊、第二切換模塊和直膨式蒸發器，所述風冷式冷凝器和直膨式蒸發器分別與第一切換模塊和第二切換模塊連接，所述第一切換模塊、第二切換模塊和風冷式冷凝器分別與控制模塊連接。

進一步，所述第一切換模塊包括電動閥和電動膨脹閥，所述電動閥和電動膨脹閥分別與風冷式冷凝器連接，所述電動閥和電動膨脹閥分別與直膨式蒸發器連接，所述電動閥和電動膨脹閥分別與控制模塊連接。

進一步，所述第二切換模塊包括壓縮機和自立式三通閥，所述壓縮機和自立式三通閥分別與風冷式冷凝器連接，所述壓縮機和自立式三通閥分別與直膨式蒸發器連接，所述壓縮機和自力式三通閥分別與控制模塊連接。

進一步，所述控制模塊包括溫度傳感器和控制器，所述溫度傳感器與控制器連接，所述控制器分別與電動閥、電動膨脹閥、壓縮機、自力式三通閥、風冷式冷凝器和電能控制器連接。

本發明所采用的第二技術方案是：一種用于土壤溫度調控的復合型熱棒的控制方法，包括以下步驟：

獲取環境空氣溫度信息、土壤溫度信息和太陽能光伏板發電量信息；

根據環境空氣溫度信息、土壤溫度信息、太陽能光伏板發電量信息和預設規則切換復合型熱棒的工作模式。

進一步，所述根據環境空氣溫度信息、土壤溫度信息、太陽輻射強度信息和預設規則切換復合型熱棒的工作模式這一步驟，其具體包括：

判斷到土壤溫度低于預設溫度且太陽能光伏板發電量大于第一預設發電量，復合制冷設備不運行，切換復合型熱棒的工作模式為太陽能蓄電模式；