[实用新型]防治寒区工程冻土地基热融病害的太阳能制冷冻结装置

说明书

技术领域

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

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2.15×10⁶km²，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。

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。

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℃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

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。

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。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

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℃以上，作为氨水吸收式制冷的驱动热源。

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℃，蒸发器可实现0℃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。

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。

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0℃以下的不足。

附图说明

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。

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型中太阳能集热系统工作原理图。