CN117663861A - 一种全时热棒系统及其安装和拆卸方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全时热棒系统及其安装和拆卸方法，热棒系统包括：热棒，用于安装在冻土区域，将冻土的热量输送至外界；制冷组件，用于产生冷量，并向所述热棒输送冷量；发电组件，用于为所述制冷组件供电；所述制冷组件包括若干个制冷单元，通过可拆卸连接结构可拆卸地围合于热棒上暴露于空气中的冷凝段处。本发明采用模块化的半导体制冷片组件作为特种冷源，可拆卸的设置在热棒上暴露于空气中的冷凝段处，安装和拆卸时无需对冻土进行扰动，具有拆装方便的优点，同时，本发明能够实现全天候工作、不受季节限制，增大了传统热棒的功率，适合应用在桥涵等过渡段和地质条件较差的冻土段。

Description

一种全时热棒系统及其安装和拆卸方法

技术领域

本发明属于寒区工程热棒技术领域，涉及一种全时热棒系统及其安装和拆卸方法，该全时热棒系统及其安装方法可使热棒全天候工作，大大提高热棒制冷效能。

背景技术

热棒技术目前已广泛应用在铁路、公路、电力、管道、机场等寒区工程建设中，其能够利用自然资源不破坏既有地基基础，降低岩土体温度，增加冷量储备，抬升冻土上限或者减缓冻土上限下移，有效解决土体冻胀融沉，能够较好维持地基基础的热稳定性。

随着全球气候变暖，特别是青藏高原和大小兴安岭地区暖湿化加强，寒区冻土层都有无法保持的风险。传统热棒寒季工作、暖季休眠，而且老旧热棒的设计功率可能存在不足，所以在暖季冻土层融沉的风险更大。若直接更换热棒，则成本费用较高。

另外，为避免施工对地基基础的热稳定破坏，传统热棒只能选择在寒季施工，大大限制了施工期限。寒季储冷抵御了暖季热侵蚀，但当热棒功率设计不足时，传统热棒依然无法对地基基础起到有效热防护。特别是一些地区因降雨量增大，岩土体含水量增加，传统热棒无法使岩土体在短期内有效冻结。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出了一种全时热棒系统，采用模块化的半导体制冷片组件作为特种冷源，可拆卸的设置在热棒上暴露于空气中的冷凝段处，安装和拆卸时无需对冻土进行扰动，具有拆装方便的优点，同时，本发明能够实现全天候工作、不受季节限制，增大了传统热棒的功率，在寒季和暖季都能够有效保持冻土层地基稳固，大大降低了寒区工程建设冻胀融沉危害风险，适合应用在桥涵等过渡段和地质条件较差的冻土段。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种全时热棒系统，包括：

热棒，用于安装在冻土区域，将冻土的热量输送至外界，包括钢管、翅片和冷媒；所述钢管由上至下依次为冷凝段、强化段和蒸发段，所述冷凝段为暴露在空气的部分，所述强化段为制冷组件的主动制冷区，所述蒸发段为掩埋在冻土中的部分；所述翅片安装在所述冷凝段外部，所述冷媒安装在所述钢管内；

制冷组件，用于产生冷量，并所述热棒输送所述冷量；

发电组件，用于为所述制冷组件供电；

所述制冷组件包括：

若干个制冷单元，通过可拆卸连接结构可拆卸地围合于热棒上所述强化段处，每个所述制冷单元包括：

安装部，包括一个第一安装板单元和两个第二安装板单元，其中，所述第一安装板单元位于两个第二安装板单元的中间，第一安装板单元的一侧侧面上安装有半导体制冷片；

导热块，安装在所述第一安装板单元上并覆盖所述半导体制冷片，所述导热块位于整个制冷单元的最内侧，用于与所述热棒的冷凝段外壁接触；所述半导体制冷片的冷面朝向所述导热块方向设置；

所述第二安装板单元用于将每两个制冷单元之间连接。

优选的，所述导热块与所述热棒冷凝段接触的一面具有能够和热棒外壁相适配的弧形内凹面，导热块另一侧为平面，与所述半导体制冷片的产冷面贴合。

优选的，所述第一安装板单元为平直板，所述第一安装板单元的左右两侧往同一侧折弯形成两个折弯段，两个所述折弯段构成所述第二安装板单元。

优选的，制冷单元上位于所述第一安装板单元的另一侧侧面上设有散热片，所述散热片与所述半导体制冷片的产热面连接。

优选的，所述导热块与所述散热片之间设有隔热板，隔热板上开设有贯通的安装孔，所述安装孔中放置所述半导体制冷片，安装孔中预留有导线槽，所述隔热板作用一是用于阻隔半导体制冷片产冷面的冷量向外扩散，二是用于阻隔半导体制冷片产热面相内扩散。

优选的，所述发电组件为基于风、光的发电组件。

本发明进一步公开了全时热棒系统的安装和拆卸方法，包括以下步骤：

安装：

步骤一，按照设计加装功率需求，选择合适的制冷组件，满足功率要求；

步骤二，制冷组件加装时先安装发电组件，最后安装制冷组件；发电组件固定在热棒旁边；

步骤三，制冷组件安装时，将安装位置的热棒冷凝段外壁污垢清理干净，涂上导热脂材料，多个制冷单元以热棒为中心对称布置在热棒冷凝段的外壁之上，多个制冷单元之间使用螺栓进行连接，当安装位置的热棒冷凝段外壁存在凹凸不平时，制冷单元应避开，防止接触不良，冷量造成损失；安装完成后，检查制冷组件是否松动并确认连接牢固可靠；

步骤四，将发电组件和制冷单元之间通过导线接线，并做好防水措施；

步骤五，调试制冷组件工作状态，使用温度设备仪器检查制冷组件内部温度是否存在温降变化，调试完成满足制冷组件性能后结束；

步骤六，调试完成后，将导线埋地处理；

拆卸：

步骤七，将将多个制冷单元之间的螺栓拆除，以快速实现全时热棒系统的拆卸。

1.本发明一种全时热棒系统采用半导体制冷片作为特种冷源，形成一套标准制冷组件，直接安装在热棒冷凝段，以太阳能低压直流供电驱动，不消耗额外能量。

2.本发明一种全时热棒系统，热棒可实现全天候工作，寒季能够加强热棒工作功率，暖季可以驱动热棒持续工作。

3. 本发明一种全时热棒系统，热棒新技术全年均可施工，打破了传统热棒寒季施工的时间限制，为施工提供了便利。

4. 本发明一种全时热棒系统，制冷组件可加装在已服役的传统热棒本身，提高热棒功率，满足工程需求，解决替换热棒功率不足的难题。

5.本发明一种全时热棒系统，制冷组件为标准块组装结构，可拆卸可重复使用，施工方便快捷。

6. 本发明一种全时热棒系统，制冷组件功率可调，根据工程需求，制冷长度范围可由多个制冷单元标准块组装完成。

附图说明

图1本发明全时热棒系统的整体效果示意图；

其中，1-热棒；1-1-翅片；1-2-冷凝段冷凝段；2-制冷组件；3-太阳能板；4-支架；5-导线；

图2制冷组件示意图；

其中，2-1-散热片；2-2-安装板；2-3-隔热板；2-4-导热块；

图3半导体制冷片与散热片位置示意图；

其中，2-5-半导体制冷片；2-6-半导体制冷片导线；

图4半导体制冷片与安装板位置示意图；

其中，2-7-导线槽。

实施方式

该热棒技术包括热棒、制冷组件和太阳能板。

热棒1为传统的热棒形式结构，可为直型或者L型。热棒埋设时冷凝段翅片1-1下端预留一定高度为冷凝段1-2，为制冷组件2提供安装面。

制冷组件2由三个制冷单元组成，固定于热棒冷凝段合适位置。每个制冷单元为一个标准块，通过螺栓连接。每个制冷单元包括安装板2-1、散热片2-2、隔热板2-3、导热块2-4、半导体制冷片2-5。制冷组件通过太阳能板3低压直流供电即可驱动工作，不需要额外的能量来源。

安装板2-2长端作为第一安装板单元，直接与散热片2-2连接，短边作为第二安装板单元，用于制冷单元之间的连接；

散热片2-1内表面两侧与安装板2-2连接，内侧与隔热板2-3固定，散热片2-1作用是快速散发半导体制冷片2-5产热面的热量；

隔热板2-3处于导热块2-4和散热片2-1之间，隔热板2-3中间留有安装孔且贯通，放置半导体制冷片2-5使用，安装孔预留有导线槽2-7，供半导体制冷片导线2-6使用。隔热板2-3作用一是阻隔半导体制冷片产冷面冷量向外扩散，二是阻隔半导体制冷片产热面向内扩散；

导热块2-4内侧为弧形，直接与热棒冷凝段1-2紧密接触，外侧为平面，与半导体制冷片2-5产冷面贴合一起，与隔热板2-3固定，导热块2-4作用是将半导体制冷片2-5产生的冷量传递给热棒冷凝段；

半导体制冷片2-5放置在隔热板2-3安装孔中，半导体制冷片导线2-6从隔热板导线槽穿出，安装时，半导体制冷片产冷面直接与导热块2-4接触，产热面与散热片2-2接触。

太阳能板3低压直流供电，引出的导线5直接与制冷组件连接，驱动工作，可不需储能设备和电压调整设备，成本较低。太阳能板直接用支架4固定在热棒旁边。为防治导线5老化，进行埋地处理。

1.按照全时热棒功率设计要求，选择合适的制冷组件，满足功率要求。

2.全时热棒的安装需按照一定的工序进行施工。首先安装热棒，然后安装太阳能板，最后安装制冷组件。

3.根据施工设计要求，将热棒安装固定在设计位置，同时预留好制冷组件安装长度。

4.太阳能板的支架固定在热棒旁边，安装时调整最佳朝向角度并固定牢固可靠。

5.制冷组件安装时，需要在冷凝段安装部位涂上导热脂材料，提高冷量热传递性能。制冷组件由多个制冷单元组成，每两个制冷单元之间使用螺栓进行连接。安装完成后，检查制冷组件是否松动并确认连接牢固可靠。

6.将太阳能板导线与制冷组件接线，并做好防水措施。

7.调试制冷组件工作状态。全时热棒安装完成后，使用温度设备仪器检查制冷组件内部温度是否存在温降变化，调试完成满足制冷组件性能后结束。

8.调试完成后，将导线埋地处理。

与示例1不同之处在于仅使用制冷组件用来提高已服役热棒的功率。

1.按照设计加装功率需求，选择合适的制冷组件，满足功率要求。

2.制冷组件加装时先安装太阳能板，最后安装制冷组件。

3.太阳能板的支架固定在热棒旁边，安装时调整最佳朝向角度并固定牢固可靠。

4.制冷组件安装时，将安装位置的冷凝段污垢清理干净，涂上导热脂材料，每两个制冷单元之间使用螺栓进行连接。当安装位置的冷凝段存在凹凸不平时，制冷单元应尽量避开，防止接触不良，冷量造成损失。安装完成后，检查制冷组件是否松动并确认连接牢固可靠。

5.将太阳能板导线与制冷组件接线，并做好防水措施。

6.调试制冷组件工作状态。使用温度设备仪器检查制冷组件内部温度是否存在温降变化，调试完成满足制冷组件性能后结束。

7.调试完成后，将导线埋地处理。

Claims (7)

1.一种全时热棒系统，包括：

热棒，用于安装在冻土区域，将冻土的热量输送至外界，包括钢管、翅片和冷媒；所述钢管由上至下依次为冷凝段、强化段和蒸发段，所述冷凝段为暴露在空气的部分，所述强化段为制冷组件的主动制冷区，所述蒸发段为掩埋在冻土中的部分；所述翅片安装在所述冷凝段外部，所述冷媒安装在所述钢管内；

制冷组件，用于产生冷量，并向所述热棒输送所述冷量；

发电组件，用于为所述制冷组件供电；

其特征在于，所述制冷组件包括：

若干个制冷单元，通过可拆卸连接结构可拆卸地围合于热棒上所述强化段处，每个所述制冷单元包括：

安装部，包括一个第一安装板单元和两个第二安装板单元，其中，所述第一安装板单元位于两个第二安装板单元的中间，第一安装板单元的一侧侧面上安装有半导体制冷片；

导热块，安装在所述第一安装板单元上并覆盖所述半导体制冷片，所述导热块位于整个制冷单元的最内侧，用于与所述热棒的冷凝段外壁接触；所述半导体制冷片的冷面朝向所述导热块方向设置；

所述第二安装板单元用于将每两个制冷单元之间连接。

2.根据权利要求1所述的全时热棒系统，其特征在于，所述导热块与所述热棒冷凝段接触的一面具有能够和热棒外壁相适配的弧形内凹面，导热块另一侧为平面，与所述半导体制冷片的产冷面贴合。

3.根据权利要求1所述的全时热棒系统，其特征在于，所述第一安装板单元为平直板，所述第一安装板单元的左右两侧往同一侧折弯形成两个折弯段，两个所述折弯段构成所述第二安装板单元。

4.根据权利要求1所述的全时热棒系统，其特征在于，制冷单元上位于所述第一安装板单元的另一侧侧面上设有散热片，所述散热片与所述半导体制冷片的产热面连接。

5.根据权利要求4所述的全时热棒系统，其特征在于，所述导热块与所述散热片之间设有隔热板，隔热板上开设有贯通的安装孔，所述安装孔中放置所述半导体制冷片，安装孔中预留有导线槽，所述隔热板作用一是用于阻隔半导体制冷片产冷面的冷量向外扩散，二是用于阻隔半导体制冷片产热面相内扩散。

6.根据权利要求1所述的全时热棒系统，其特征在于，所述发电组件为基于基于风、光的发电组件。

7.一种基于权利要求1~6中任一所述全时热棒系统的安装和拆卸方法，其特征在于，包括以下步骤：

安装：

步骤一，按照设计加装功率需求，选择合适的制冷组件，满足功率要求；

步骤二，制冷组件加装时先安装发电组件，最后安装制冷组件；发电组件固定在热棒旁边；

步骤三，制冷组件安装时，将安装位置的热棒冷凝段外壁污垢清理干净，涂上导热脂材料，多个制冷单元以热棒为中心对称布置在热棒冷凝段的外壁之上，多个制冷单元之间使用螺栓进行连接，当安装位置的热棒冷凝段外壁存在凹凸不平时，制冷单元应避开，防止接触不良，冷量造成损失；安装完成后，检查制冷组件是否松动并确认连接牢固可靠；

步骤四，将发电组件和制冷单元之间通过导线接线，并做好防水措施；

步骤五，调试制冷组件工作状态，使用温度设备仪器检查制冷组件内部温度是否存在温降变化，调试完成满足制冷组件性能后结束；

步骤六，调试完成后，将导线埋地处理；

拆卸：

步骤七，将将多个制冷单元之间的螺栓拆除，以快速实现全时热棒系统的拆卸。