防治寒区含水路基冻胀灾害的方法及集束式低温热管.pdf

一种防治寒区含水路基冻胀灾害的方法及低温热管，其特征是在路基中安装能将太阳能或电能热量传入地基中的T型集束式太阳能低温热管，当环境温度低于0摄氏度时，使低温热管蒸发段的工质吸收太阳能热量后上升传导到低温热管的冷凝段，在没有太阳时通过电加热使蒸发段的工质升温后传导到低温热管的冷凝段，由冷凝段将热量传入含水路基中使含水路基的温度大于结冰温度，释放热量后的工质在重力的作用下再回到蒸发段吸收热量，如此循环工作，使含水路基的温度保持在结冰温度之上从而防止路基冻胀灾害的发生。本发明简单可靠，能有效防止路基冻胀现象的发生，确保交通安全。

1.  一种防治寒区含水路基冻胀灾害的方法，其特征是在路基中安装能将太阳能或电能热量传入地基中的T型集束式太阳能低温热管，当环境温度低于0摄氏度时，在有太阳时使低温热管蒸发段的工质吸收太阳能热量后上升传导到低温热管的冷凝段，在没有太阳时通过电加热使蒸发段的工质升温后传导到低温热管的冷凝段，由冷凝段将热量传入含水路基中使含水路基的温度大于结冰温度，释放热量后的工质在重力的作用下再回到蒸发段吸收热量，如此循环工作，使含水路基的温度保持在结冰温度之上从而防止路基冻胀灾害的发生。

2.  一种防治寒区含水路基冻胀灾害的集束式低温热管，其特征是它包括上联箱（3）、下联箱（1）和凝结放热管（4），所述的上联箱（3）和下联箱（1）通过多根集束管（2）相连通，所述的凝结放热管（4）与上联箱（3）相连通；所述的上联箱（3）、下联箱（1）及集束管（2）安装在至少有一面采用透光性好的玻璃箱体（9）制作的保温箱（7）中，保温箱（7）的四周及底部加装有保温材料；所述的下联箱（1）中安装有辅助电加热棒（6），所述的凝结放热管（4）从含水路基的侧面插入路基中，且保证凝结放热管（4）的凝结放热段在上，蒸发吸热段在下布置。

3.  根据权利要求2所述的防治寒区含水路基冻胀灾害的集束式低温热管，其特征是所述的凝结放热管（4）与上联箱（3）的中部或端部相连通。

4.  根据权利要求2所述的防治寒区含水路基冻胀灾害的集束式低温热管，其特征是所述的集束管（2）的外管径d为25≤d≤89mm，且相邻两管的中心距S为1.5d≤S≤2d；上联箱（3）的容积V1，下联箱（1）的容积V2满足：V2/V1=1.0~3.5。

5.  根据权利要求2所述的防治寒区含水路基冻胀灾害的集束式低温热管，其特征是所述的保温箱（7）的上表面朝向太阳，采用玻璃板做透光性密封。

6.  根据权利要求2所述的防治寒区含水路基冻胀灾害的集束式低温热管，其特征是所述的凝结放热管（4）的凝结放热段采用单支光管或直翅片或螺旋翅片管。

7.  根据权利要求2所述的防治寒区含水路基冻胀灾害的集束式低温热管，其特征是所述的凝结放热管（4）倾斜插入路基土层中与地面的水平夹角≥5°。

8.  根据权利要求2所述的防治寒区含水路基冻胀灾害的集束式低温热管，其特征是太阳能加热与辅助电加热采取自动切换，实现互补、长效、不间断加热。

防治寒区含水路基冻胀灾害的方法及集束式低温热管
技术领域
本发明涉及一种道路防冻胀技术，尤其是一种高寒地区含水路基的维护技术，具体地说是一种防治寒区含水路基冻胀灾害的方法及其使用的集束式低温热管。
背景技术
目前寒区季节性冻土路基（包括：铁路、公路路基，输变电塔基等）的冬季防护大多为及时将地下的热量导出来散掉，防止因冻土的融化而产生路基的沉降，保证路基的稳固。此时，所采用的低温热管包含了蒸发吸热段、绝热段和凝结放热段，一般将热管的蒸发吸热段、绝热段插入地下一定的深度，热管的凝结放热段置于大气中，例如在冬季，当大气温度一旦低于地下温度时，热管开始工作，其蒸发吸热段吸收地下的热量，通过管内工质的相变传热，将热量传至热管的凝结放热段散热至大气中，同时，气态工质凝结为液体并依靠重力回流至蒸发吸热段，继续吸热蒸发，源源不断地将地下的热量导出来，阻止地下温度的上升，使路基长期处于冻结状态，有效防止了季节性冻土路基发生融沉，保证路基的稳固。
然而，在含有一定水分的路基土壤中，当温度低于0℃时会冻结，路基土壤随之会发生冻胀现象，导致路基表面向上突起，或形成冻胀丘等，直接影响路基的安全，对于这种冻胀灾害，同样需要进行防治，最大限度提升行车速度和运输能力，确保行车安全。但至今尚未见到成功防治路基冻胀灾害的报道。
发明内容
本发明的目的是针对目前对高寒含水路基缺少行之有效的防冻胀措施而影响行车安全的问题，发明一种防治寒区含水路基冻胀灾害的方法，同时提供一种相应的集束式低温热管。
本发明的技术方案之一是：
一种防治寒区含水路基冻胀灾害的方法，其特征是在路基中安装能将太阳能或电能热量传入地基中的T型集束式太阳能低温热管，当环境温度低于0摄氏度时时，在有太阳时使低温热管蒸发段的工质吸收热量后上升传导到低温热管的冷凝段，在没有太阳时通过电加热使蒸发段的工质升温后传导到低温热管的冷凝段，由冷凝段将热量传入含水路基中使含水路基的温度大于结冰温度，释放热量后的工质在重力的作用下再回到蒸发段吸收热量，如此循环工作，使含水路基的温度保持在结冰温度之上从而防止路基冻胀灾害的发生。
本发明的技术方案之二是：
一种防治寒区含水路基冻胀灾害的集束式低温热管，其特征是它包括上联箱3、下联箱1和凝结放热管4，所述的上联箱3和下联箱1通过多根集束管2相连通，所述的凝结放热管4与上联箱3相连通；所述的上联箱3、下联箱1及集束管2安装在至少有一面采用透光性好的玻璃箱体9制作的保温箱7中，保温箱7的四周及底部加装有保温材料；所述的下联箱1中安装有辅助电加热管6，所述的凝结放热管4从含水路基的侧面插入路基中，且保证凝结放热管4的凝结放热段在上，蒸发吸热段在下布置。
所述的凝结放热管4与上联箱3的中部相连通。
所述的集束管2的外管径d为25≤d≤89mm，且相邻两管的中心距S为1.5d≤S≤2d；上联箱3的容积V1，下联箱1的容积V2满足：V2/V1=1.0~3.5。
所述的保温箱7的上表面朝向太阳，采用玻璃板做透光性密封。
所述的凝结放热管4的凝结放热段采用单支光管或直翅片管。
所述的凝结放热管4倾斜插入路基土层中与地面的水平夹角≥5°。
本发明的太阳能加热与辅助电加热采取自动切换，实现互补、长效、不间断加热。
本发明的有益效果：
1、采用低温热管作为高效传热元件，其蒸发吸热段为集束式连通管排，极大增加了太阳辐射热的吸收面积；
2、对于间断性阳光照射、辐射热不足的环境条件，采用了辅助电加热。太阳能加热与辅助电加热采取自动切换，实现互补、长效、不间断加热；
3、确定了凝结放热段为单支光管或直翅片管的形式与几何结构，易于将其插入路基，方便现场施工；
4、确定了合理的倾斜安装角度，确保热管内部工质依靠重力进行自然循环，无需外加动力。
附图说明
图1是本发明的集束式低温热管的结构示意图。
图2是图1的侧视图。
图3是本发明的凝结放热管上的部分翅片的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一。
如图1-3所示。
一种防治寒区含水路基冻胀灾害的方法，它通过在路基中安装能将太阳能或电能热量传入地基中的T型集束式太阳能低温热管，当环境温度低于0摄氏度时时，在有太阳时使低温热管蒸发段的工质吸收热量后上升传导到低温热管的冷凝段，在没有太阳时通过电加热使蒸发段的工质升温后传导到低温热管的冷凝段，由冷凝段将热量传入含水路基中使含水路基的温度大于结冰温度，释放热量后的工质在重力的作用下再回到蒸发段吸收热量，如此循环工作，使含水路基的温度保持在结冰温度之上从而防止路基冻胀灾害的发生。
本发明的低温热管主要由蒸发吸热段和凝结放热段组成。其中蒸发吸热段采用上联箱管、下联箱管与若干根集束管连接成连通管排呈集束式排列，并呈T字型结构，如图1所示，其中集束管及上下联箱形成T字形的一横，凝结放热管形成T字形的一竖。所述的集束管外管径d为25≤d≤89mm，且相邻两管的中心距S为1.5d≤S≤2d；其中上联箱管容积V1，下联箱管容积V2，V2/V1=1.0~3.5。所述的凝结放热段可采用单支光管或直翅片管（形状可为图3中所示的任一种），且与蒸发吸热段的上联箱管中部连通，构成热管中工质蒸发与凝结的封闭循环回路。本发明利用太阳的辐射热作为热源，热管的蒸发吸热段吸收太阳的辐射热量，将管内工质加热气化并传输到凝结放热段，工质经凝结放热，通过管壁和翅片将热量导入路基土壤中，使其不发生或缓解冻胀现象，从而达到防治冻胀灾害的目的。
另外，依据当地的自然环境条件，在没有足够阳光的区域或时间段（如阴天或晚上），在蒸发吸热段的下联箱管中加装辅助电加热管，再利用热管将热量导入土壤。太阳能加热与辅助电加热采取自动切换，实现互补、长效、不间断加热。
同时，由于寒区野外环境恶劣，风沙较大，对处于大气环境中的蒸发吸热段必须放置于保温箱体中，保温箱体的上表面朝向太阳，优先采用玻璃板做透光性箱体密封，保温箱体的四周及底部进行保温，以减少散热损失，提高太阳能的利用率。通过适当的电气设备可使本发明的太阳能加热与辅助电加热采取自动切换，实现互补、长效、不间断加热。
本发明的T型集束式太阳能低温热管的安装方式为：将凝结放热段倾斜插入路基，且确保冷凝放热段高于蒸发吸热段，与地面的水平夹角≥5°，蒸发吸热段连同保温箱安放在能尽量多接收太阳光的位置，接受太阳光照射。
    实施例二。
如图1-3所示。
一种防治寒区含水路基冻胀灾害的集束式低温热管，它呈T字型结构，包括上联箱3、下联箱1和凝结放热管4，所述的上联箱3和下联箱1通过多根集束管2相连通，所述的凝结放热管4与上联箱3的中部相连通（如图1）；所述的上联箱3、下联箱1及集束管2形成T字形的一横，凝结放热管4形成T字形的一竖，所述的上联箱3、下联箱1及集束管2安装在至少有一面采用透光性好的玻璃箱体9制作的保温箱7中，保温箱7的四周及底部加装有保温材料；所述的下联箱1中安装有辅助电加热管6，所述的凝结放热管4从含水路基的侧面插入路基中，且保证凝结放热管4的凝结放热段在上，蒸发吸热段在下布置，与地面的水平夹角≥5°，以保证工质在熏力作用下自由回流。的集束管2的外管径d为25≤d≤89mm，且相邻两管的中心距S为1.5d≤S≤2d；上联箱3的容积V1，下联箱1的容积V2满足：V2/V1=1.0~3.5。所述的保温箱7的上表面朝向太阳，采用玻璃板做透光性密封，如图2所示。所述的凝结放热管4的凝结放热段采用单支光管或直翅片管，直翅片5可以有多种结构形式，其截面分别如图3中a、b、c、d、e所示，其中e中翅片数量为2的整数倍且沿圆周均布。
当太阳照射到集束管2上时，其管内工质8吸收热量气化，工质蒸汽传输到凝结放热管4内，将热量通过凝结放热管4的壁面和翅片5导入路基土壤中。只要在沿路基长度方向每隔适当间距倾斜插入一支本发明所提供的T型集束式太阳能低温热管，即可有效防治寒区季节性冻土路基的冻胀灾害。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。