CN112323771A - 一种应用于大面积冻土地基的组合式热棒 - Google Patents
一种应用于大面积冻土地基的组合式热棒 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112323771A CN112323771A CN202011258304.XA CN202011258304A CN112323771A CN 112323771 A CN112323771 A CN 112323771A CN 202011258304 A CN202011258304 A CN 202011258304A CN 112323771 A CN112323771 A CN 112323771A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pipe
- tube
- downcomer
- connecting pipe
- collecting tube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 48
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 29
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 10
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims description 6
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 5
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims description 3
- 238000000429 assembly Methods 0.000 claims description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 2
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 6
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 abstract description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 2
- 230000002579 anti-swelling effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
- E02D3/11—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil by thermal, electrical or electro-chemical means
- E02D3/115—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil by thermal, electrical or electro-chemical means by freezing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0266—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Paleontology (AREA)
- Soil Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Agronomy & Crop Science (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
一种应用于大面积冻土地基的组合式热棒，其特征在于包括蒸发管（4）、入口连接管（3）、集气管（5）、出口连接管（6）、集液管（7）、下降管（1）和冷凝段（2），蒸发管（4）水平蛇形铺设于地基层，它的一端与入口连接管（3）的一端相连，另一端与集气管（5）的进口端相连，入口连接管（3）的另一端与下降管（3）的下端相连，集气管（5）的气体出口端通过出口连接管（6）与集液管（7）相连，集气管（5）的液体出口端通过另一出口连接管（6）与下降管（1）相连通，下降管（1）和冷凝段（2）均与集液管（7）相连，冷凝段（2）布置在建筑一侧。本发明的蒸发管水平布置在地基层，开挖深度浅，大大降低了施工难度。
Description
技术领域
本发明涉及一种热棒技术，尤其是一种多年冻土区使用的热管技术，具体地说是一种应用于大面积冻土地基的组合式热棒。
背景技术
在冻土地带建设储油罐、气罐、多层建筑等大型建筑物一直是一个难以克服的难题。随着建筑向地下传热及地表破坏等，冻土地基温度升高，容易发生夏季融沉，冬季冻胀现象，所以需要采取措施保证冻土地基的温度稳定。目前对于小面积的地基，较为成功的解决方案是利用竖直式热棒，但热棒的影响范围一般只有2-6米左右，如果间距大于6米以上时，热棒就起不到降温效果。而储油罐、多层建筑等的地基面积一般在几百上千平方米，相邻边的距离最大时可达几十至上百米，因此利用现有的热棒技术难以满足冻土地区大型建筑物的抗融胀要求。
为了解决这个问题，吸热面积更大的热虹吸管投入使用。传统的热虹吸管为倾斜蒸发器热虹吸管，蒸发器斜插在地基下，可以部分深入到建筑底部，扩大吸热范围。但是倾斜式热虹吸管，开挖深度深，施工量大，且单根棒长度有限，仍然难以满足大面积冻土的要求。
本发明通过一种组合式热棒，也即是一种蒸发段水平布置的热虹吸管，解决冻土地基大面积建筑物制冷效果要求高，地基加固难度大，施工成本高的问题，实现冻土地基层的降温均温。
发明内容
本发明的目的是针对冻土地基大面积建筑物制冷效果要求高，地基加固难度大，施工成本高的问题，设计一种应用于大面积冻土地基的组合式热棒，以实现冻土地基层的降温均温。
本发明的技术方案是：
一种应用于大面积冻土地基的组合式热棒，其特征在于，它包括蒸发管4、入口连接管3、集气管5、出口连接管6、集液管7、下降管1和冷凝段2，蒸发管4水平蛇形铺设于地基层，它的一端与入口连接管3的一端相连，另一端与集气管5的进口端相连，入口连接管3的另一端与下降管3的下端相连，集气管5的气体出口端通过出口连接管6与集液管7相连，集气管5的液体出口端通过另一出口连接管6与下降管1相连通，下降管1和冷凝段2均与集液管7相连，冷凝段2布置在建筑一侧。
所述的冷凝段2以单管形式竖直集中布置在建筑一侧或多根冷凝管组件的形式集中布置在建筑一侧。
所述的蒸发管4为光滑管、螺纹管、波纹管和槽道管等高效换热管。
所述的冷凝段2为光滑管、翅片管或槽道管。
所述的冷凝段2由多根平行设置的冷凝管组件8组成。
所述的热棒下降管1上安装有散热盘管9，散热盘管9与小型压缩制冷机10相连以优化高温时的制冷效果。
所述的下降管1中的工质通过两路入口连接管3与蒸发管4相连，以减小工质流速，降低压力损失。
所述的蒸发管4布置在相对水平的地面上，允许的地面高度差为150mm。
所述的蒸发管间隔一定距离布置以防止蒸发管损坏，影响冷冻效果。
本发明的有益效果：
本发明组合式热棒的蒸发管水平布置在地基层，开挖深度浅，大大降低了施工难度。
本发明蒸发管均匀布置在大型建筑物下，解决了大面积地基的中心位置处安装热棒的难题，可对地基中心位置处的冻土进行冷冻加固，克服了传统热棒加固范围不超过6米的限制，扩宽了热棒的应用领域，制冷效果和均温效果好。
附图说明
图1是本发明的结构示意图之一。
图2是本发明的结构示意图之二。.
图3是本发明的结构示意图之三。
图4是本发明的结构示意图之四。
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所示。
一种应用于大面积冻土地基的组合式热棒，其特征在于，它包括蒸发管4、入口连接管3、集气管5、出口连接管6、集液管7、下降管1和冷凝段2，蒸发管4水平蛇形铺设于地基层，它的一端与入口连接管3的一端相连，另一端与集气管5的进口端相连，入口连接管3的另一端与下降管3的下端相连，集气管5的气体出口端通过出口连接管6与集液管7相连，集气管5的液体出口端通过另一出口连接管6与下降管1相连通，下降管1和冷凝段2均与集液管7相连，冷凝段2布置在建筑一侧。如图1所示，每根蒸发管4以蛇形形式铺设于地基层，低沸点流体在蒸发管内逐渐吸热气化，依靠密度差形成流体推动力，将地基层的热量带到地上冷凝管1中散失。冷凝管集中布置在建筑一侧，采用单根管的布置形式。蒸发管4产生的工质气体进入集气管5，通过出口连接管6-1进入集液管7，在冷凝段2冷凝散热为液体。冷凝后的工质液体进入集液管7和下降管1，集气管5中存积的液体通过出口连接管6-2直接进入下降管1。液体在重力作用下自然下降，通过入口连接管3返回蒸发管4。入口连接管3保证冷凝水的重力下降，以及蒸发管4中的蒸发气体在蒸发管中单向流动。
实施例二。
如图2所示。
本实施例与实施例一的区别是冷凝段2不再采用单根管的布置形式，而是以冷凝管组件8的形式安装，以增加冷凝面积。工质在蒸发管4中吸收地基热量，蒸发后为气体后，进入集气管5-1，通过出口连接管6-1进入集气管5-2，集气管5-2与冷凝管组件8直接相连。集气管5-1中存积的液体通过出口连接管6-2直接进入下降管1。集气管5-2中的液体通过出口连接管6-3进入出口连接管6-2中再进入下降管1中，工质在冷凝管组件8中冷凝后进入集液管7，沿着下降管1自然重力下降，通过入口连接管返回蒸发管4。
实施例三。
如图3所示。
本实施例与实施例二的区别是为了降低工质气体的沿程压力损失，可将冷凝工质分为两部分进入蒸发管4，以减小工质流速。具体形式为工质冷凝液从冷凝段冷凝后，在下降管1末端分为两部分，分别通过入口连接管3与蒸发管4相连接。蒸发为气体后，同样通过集气管5，出口连接管6，冷凝段2冷凝为液体。
具体实施时，本实施例还可与实施例一进行组合，即将实施例的下降管的下端分为两路与蒸发管4相连通。
实施例四。
如图4所示。
本实施例与实施例一至三的区别是为了保证在夏季空气温度过高或冷凝管散热效果不佳时，热虹吸管能够启动运行，可在实施例一、二或三形式的热虹吸管下降管1上安装散热盘管9和小型制冷压缩机10，小型制冷压缩机10产生的冷媒通过散热盘管9对下降管1进行冷却。
实施例五。
为了防止蒸发管损坏，影响降温效果，可在技术方案一至四的基础上，每间隔一段距离布置备用水平蒸发管，备用的水平蒸发管通过连接管连接备用冷凝管。备用水平蒸发管和备用冷凝管都在主蒸发管工作效率降低时投入运行。
具体应用例。
一种应用于大面积冻土地基的组合式热棒的布置形式，应用于某冻土地区的储油罐地基。冻土温度为-3~-1℃，随着气温升高、地表破坏，以及油罐内原油向地下传热等，多年冻土会发生退化，使地基可能发生融沉，进而导致油罐倾斜、倒塌。本发明采用一种蒸发段水平布置的组合式热棒技术，防止油罐地区场地多年冻土融化，确保油罐安全。
蒸发段水平布置的组合式热棒的工作原理是：每根蒸发管以蛇形形式水平埋入冻土层中，冷凝管竖直立在地面上，蒸发管与冷凝管通过连接管连接。低沸点液体工质在蒸发管内逐渐吸热气化，依靠密度差形成流体推动力，通过连接管进入冷凝管。蒸汽在冷凝管中冷凝散热为液体，将冻土层中的热量传递到空气中。液体工质在重力作用下，沿管壁流回蒸发段再蒸发，如此循环把冻土层中的热量源源不断地输到大气中，把大气中地冷量储存在冻土中，降低多年冻土地温度。同时热棒具有单向导热特性，夏季温度较高时，大气中的热量不会通过热棒传到多年冻土中，可有效降低地下温度，增加冻土的冷储量，使永久冻土层夏季也不会融化松动，确保地基稳定。
应用于冻土地区的储油罐地基，采用实施例二的冷凝管组件的安装形式。水平蒸发管4的管长不超过100~200m，管间距1~3m，管径10~48mm。蒸发管相对水平布置，允许的地面高度差最高为150mm。冷凝管组件安装在建筑外墙10~50m以外，冷凝管组件与储油罐之间应该没有遮挡物。每根冷凝管8管径设计为50~150mm，管长设计为2~10m，冷凝管之间间隔0.2~1m。集液管5和集气管7管径75~200mm，入口连接管3和出口连接管6管径设计为10~48mm。
以上仅以一个储油罐地基的加固方法为例对本发明的方法进行描述，但对于本领域的技术人员来说完全可以根据以上实例应用于其它规格尺寸的储油罐、建筑物、各种泵、站、塔等建筑上，所不同的是可根据实现需要进行尺寸的变化和取舍，如可以改变单根蒸发管的长度，管径，或者是冷凝管的管径、管长等，但采取的这些措施仍被认为包括在本发明的范畴之中。
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。
Claims (9)
1.一种应用于大面积冻土地基的组合式热棒，其特征在于，它包括蒸发管（4）、入口连接管（3）、集气管（5）、出口连接管（6）、集液管（7）、下降管（1）和冷凝段（2），蒸发管（4）水平蛇形铺设于地基层，它的一端与入口连接管（3）的一端相连，另一端与集气管（5）的进口端相连，入口连接管（3）的另一端与下降管（3）的下端相连，集气管（5）的气体出口端通过出口连接管（6）与集液管（7）相连，集气管（5）的液体出口端通过另一出口连接管（6）与下降管（1）相连通，下降管（1）和冷凝段（2）均与集液管（7）相连，冷凝段（2）布置在建筑一侧。
2.根据权利要求1所述的应用于大面积冻土地基的组合式热棒，其特征是所述的冷凝段（2）以单管形式竖直集中布置在建筑一侧或多根冷凝管组件的形式集中布置在建筑一侧。
3.根据权利要求1所述的应用于大面积冻土地基的组合式热棒，其特征是所述的蒸发管（4）为光滑管、螺纹管、波纹管和槽道管等高效换热管。
4.根据权利要求1所述的应用于大面积冻土地基的组合式热棒，其特征是所述的冷凝段（2）为光滑管、翅片管或槽道管。
5.根据权利要求1所述的应用于大面积冻土地基的组合式热棒，其特征是所述的冷凝段（2）由多根平行设置的冷凝管组件（8）组成。
6.根据权利要求1所述的应用于大面积冻土地基的组合式热棒，其特征是所述的热棒下降管（1）上安装有散热盘管（9），散热盘管（9）与小型压缩制冷机（10）相连以优化高温时的制冷效果。
7.根据权利要求1所述的应用于大面积冻土地基的组合式热棒，其特征是所述的下降管（1）中的工质通过两路入口连接管（3）与蒸发管（4）相连，以减小工质流速，降低压力损失。
8.根据权利要求1所述的应用于大面积冻土地基的组合式热棒，其特征是所述的蒸发管（4）布置在相对水平的地面上，允许的地面高度差为150mm。
9.根据权利要求1所述的应用于大面积冻土地基的组合式热棒，其特征是所述的蒸发管间隔一定距离布置以防止蒸发管损坏，影响冷冻效果。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011258304.XA CN112323771A (zh) | 2020-11-12 | 2020-11-12 | 一种应用于大面积冻土地基的组合式热棒 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011258304.XA CN112323771A (zh) | 2020-11-12 | 2020-11-12 | 一种应用于大面积冻土地基的组合式热棒 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112323771A true CN112323771A (zh) | 2021-02-05 |
Family
ID=74317959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011258304.XA Pending CN112323771A (zh) | 2020-11-12 | 2020-11-12 | 一种应用于大面积冻土地基的组合式热棒 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112323771A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113790621A (zh) * | 2021-09-04 | 2021-12-14 | 山东高德传导设备有限公司 | 一种复合式新型热管装置 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101029803A (zh) * | 2006-02-28 | 2007-09-05 | 庞立升 | 分离式重力热管的蒸发器和吸热器 |
| CN200968796Y (zh) * | 2006-10-31 | 2007-10-31 | 大连熵立得传热技术有限公司 | 一种保持多年冻土地区建筑物基础冻土稳定的分体式热棒 |
| CN101619879A (zh) * | 2009-07-03 | 2010-01-06 | 北京工业大学 | 一种用于机房或机柜的带气泵分离式热虹吸管散热装置 |
| CN204214321U (zh) * | 2014-09-30 | 2015-03-18 | 天津市欧汇科技有限公司 | 一种节能环保分离式换热器 |
| CN105040744A (zh) * | 2015-07-03 | 2015-11-11 | 湖南科技大学 | 一种高原冻土条件下地基的保温装置及其施工方法 |
| CN111678267A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-09-18 | 南京航空航天大学 | 超长重力环形热管地热提取装置及方法 |
| CN214194491U (zh) * | 2020-11-12 | 2021-09-14 | 中圣科技(江苏)有限公司 | 一种新型组合式热棒 |
-
2020
- 2020-11-12 CN CN202011258304.XA patent/CN112323771A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101029803A (zh) * | 2006-02-28 | 2007-09-05 | 庞立升 | 分离式重力热管的蒸发器和吸热器 |
| CN200968796Y (zh) * | 2006-10-31 | 2007-10-31 | 大连熵立得传热技术有限公司 | 一种保持多年冻土地区建筑物基础冻土稳定的分体式热棒 |
| CN101619879A (zh) * | 2009-07-03 | 2010-01-06 | 北京工业大学 | 一种用于机房或机柜的带气泵分离式热虹吸管散热装置 |
| CN204214321U (zh) * | 2014-09-30 | 2015-03-18 | 天津市欧汇科技有限公司 | 一种节能环保分离式换热器 |
| CN105040744A (zh) * | 2015-07-03 | 2015-11-11 | 湖南科技大学 | 一种高原冻土条件下地基的保温装置及其施工方法 |
| CN111678267A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-09-18 | 南京航空航天大学 | 超长重力环形热管地热提取装置及方法 |
| CN214194491U (zh) * | 2020-11-12 | 2021-09-14 | 中圣科技(江苏)有限公司 | 一种新型组合式热棒 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113790621A (zh) * | 2021-09-04 | 2021-12-14 | 山东高德传导设备有限公司 | 一种复合式新型热管装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8567482B2 (en) | Heat tube device utilizing cold energy and application thereof | |
| US7347059B2 (en) | Coaxial-flow heat transfer system employing a coaxial-flow heat transfer structure having a helically-arranged fin structure disposed along an outer flow channel for constantly rotating an aqueous-based heat transfer fluid flowing therewithin so as to improve heat transfer with geological environments | |
| US4566532A (en) | Geothermal heat transfer | |
| US8161759B2 (en) | Method of and apparatus for transferring heat energy between a heat exchanging subsystem above the surface of the earth and material therebeneath using one or more coaxial-flow heat exchanging structures producing turbulence in aqueous-based heat-transfering fluid flowing along helically-extending outer flow channels formed therein | |
| US20100200192A1 (en) | Buried vertical threaded exchanger for heating or cooling apparatus | |
| US20090165992A1 (en) | Geothermal heat exchange system and method | |
| CN111426085B (zh) | 一种用于防治路基冻胀的垂直式地埋管换热器 | |
| RU2655857C1 (ru) | Охлаждающий термосифон для площадочной термостабилизации грунтов (варианты) | |
| CN214194491U (zh) | 一种新型组合式热棒 | |
| CN1693823A (zh) | 热管式埋地换热装置 | |
| CN110542339B (zh) | 一种被动式跨季节供能蓄能系统 | |
| CN111964286A (zh) | 超长重力循环管地热供暖装置及方法 | |
| CN112323771A (zh) | 一种应用于大面积冻土地基的组合式热棒 | |
| CN101907331A (zh) | 一种矿用空调冷量传输系统及实施方案 | |
| US20150377523A1 (en) | Support member with dual use rebar for geothermal underground loop | |
| US20150377522A1 (en) | Support member with dual use rebar for geothermal above ground loop | |
| CN212057805U (zh) | 一种用于防治路基冻胀的垂直式地埋管换热器 | |
| CN201522138U (zh) | 一种以冻结管为地下换热器的热泵装置 | |
| CN103017413A (zh) | 一种水平式地埋管系统 | |
| CN208251066U (zh) | 热管式冷库地坪防冻膨装置 | |
| CN2839944Y (zh) | 环保高速低温热棒装置 | |
| CA1166242A (en) | Geothermal heat transfer | |
| CN200941022Y (zh) | 高效无源制冷导热棒 | |
| US20180080686A1 (en) | Support member with dual use rebar for geothermal underground loop and methods | |
| CN220335609U (zh) | 一种冻土区防融沉复合路基结构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |