CN219059621U - 翼式热管主动加热防冻胀装置及其路基 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种翼式热管主动加热防冻胀装置及其路基，涉及季节冻土区工程建设技术领域。翼式热管主动加热防冻胀装置包括集热单元和聚热管，聚热管包括依次连通的吸热翼管、绝热段和放热段，放热段用于垂直路堤走向插入路堤内部，吸热翼管位于路堤的一侧；集热单元包括支撑外壳以及安装在支撑外壳内、且从上往下依次设置的中空透光板、吸热涂层、超导热板和保温板，其中，超导热板的伸出段从支撑外壳内伸出、且搭接到聚热管的吸热翼管上。装置够吸收利用太阳能并将其转化的热能传递至路基内部，主要是在冷季时通过对路基的持续整体加热、路基易冻胀部位重点冻融调控，有效避免季节冻土区路基冻胀、不均匀起伏等工程病害的产生。

Description

翼式热管主动加热防冻胀装置及其路基

技术领域

本实用新型涉及季节冻土区工程建设技术领域，具体而言，涉及一种翼式热管主动加热防冻胀装置及其路基。

背景技术

青藏铁路西格段地处青藏高原东北部，铁路线路穿越青海湖北岸滨海平原、冲积平原、冰原台地，平均海拔3220m，年平均降水量376mm，降水分布不均，大部分集中在7-9月，年平均气温-0.6℃，最冷月1月平均气温为-20.6℃。青藏铁路西格段气候寒冷，冻结能力强，冻结深度较大，最大冻结深度可达1.8m，属于典型深季节冻土区。由此因冻结、融化导致的路基冻胀、融沉等工程病害相对较严重。

近年来由于青藏高原降雨量的不断增加，造成地下水的富集和地下水位的提高，加之气候环境变化的加剧，导致该类地区冻融工程病害的进一步增加，对路基长期稳定性构成重要影响。虽然以往就季节冻土区工程作用下路基病害开展过一下研究，但研究主要针对公路工程，或东北、西北等地区高速铁路工况条件下，路基微冻胀工程作用和影响等问题开展研究。而针对青藏铁路西格段高水位、粗填料、强冻融等特殊条件下的冻融工程病害发育特征、分布规律尚缺乏研究。在常规地区所使用的粗颗粒换填、化学注浆、防水帷幕等方法在该类地区应用中由于受到列车正常行驶、不能中断施工等工程条件限制，以及受到土体冻融强烈作用，导致的处置部位开裂、路基下部整体封闭极为困难，都导致了这些方法难以满足实际工程需要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种翼式热管主动加热防冻胀装置及其路基，其能够吸收利用太阳能并将其转化的热能传递至路基内部，主要是在冷季时通过对路基的持续整体加热、路基易冻胀部位重点冻融调控，有效避免季节冻土区路基冻胀、不均匀起伏等工程病害的产生。

本实用新型的实施例是这样实现的：

第一方面，本实用新型实施例提供一种翼式热管主动加热防冻胀装置，应用于路基，翼式热管主动加热防冻胀装置包括：

聚热管，包括依次连通的吸热翼管、绝热段和放热段，放热段用于垂直路堤走向插入路堤内部，吸热翼管位于路堤的一侧；

集热单元，包括支撑外壳以及安装在支撑外壳内、且从上往下依次设置的中空透光板、吸热涂层、超导热板和保温板，其中，超导热板的伸出段从支撑外壳内伸出、且搭接到聚热管的吸热翼管上。

在可选的实施例中，翼式热管主动加热防冻胀装置还包括：

支撑架，集热单元用支撑架进行支撑固定，集热单元与地面的夹角A1为当地纬度角±5°。

在可选的实施例中，聚热管的绝热段、吸热翼管与集热单元的搭接部位应用保温材料进行包裹。

在可选的实施例中，集热单元的整体形状是直角梯形，两个集热单元分别与吸热翼管的两翼拼接形成矩形结构。

在可选的实施例中，吸热翼管的翼展夹角A2为100～150°，集热单元的斜角A5为吸热翼管翼展夹角A2的一半。

在可选的实施例中，超导热板的伸出段相对于超导热板在支撑外壳内的部分向下倾斜的角度A6为10～20°，超导热板的伸出段的顶面与吸热翼管的底面搭接。

在可选的实施例中，放热段和绝热段的仰角A3、吸热翼管的接触夹角A4均为0～5°。

在可选的实施例中，集热单元中的超导热板的伸出段与聚热管的吸热翼管通过导热硅胶搭接，并利用U型固定卡进行固定。

在可选的实施例中，中空透光板选用钢化玻璃，超导热板选用金属热管。

第二方面，本实用新型实施例提供一种路基，路基包括道砟层、路堤、保温档板、保温材料和第一方面提供的翼式热管主动加热防冻胀装置；

道砟层铺设在路堤的上方，翼式热管主动加热防冻胀装置位于路堤一侧，用于对路堤进行加热，在道砟层上铺设啊啊保温档板，在路堤的坡面处铺设保温材料。

本实用新型实施例提供的翼式热管主动加热防冻胀装置及其路基的有益效果包括：

1.通过集热单元中的吸热涂层和超导热板高效吸收利用太阳能生成热量，并高效传递给聚热管的吸热翼管，聚热管内的汽态工质上升至放热段、并冷凝和放出热量，从而使路堤和道砟层内部热量不断累积热量，达到防治冻胀病害的目的，主要是在冷季时通过对路基的持续整体加热、路基易冻胀部位重点冻融调控，有效避免季节冻土区路基冻胀、不均匀起伏等工程病害的产生；

2.集热单元中的中空透光板和保温板也能减少集热单元中热量的流失，提高聚热管的吸热翼管的吸热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的翼式热管主动加热防冻胀装置的整体布设横剖面示意图；

图2为本实用新型实施例提供的翼式热管主动加热防冻胀装置的整体布设俯视示意图；

图3为集热单元的俯视示意图；

图4为集热单元沿超导热板方向的横剖面示意图；

图5为聚热管的平面俯视示意图；

图6为聚热管的右视图；

图7为集热单元与聚热管的吸热翼管搭接示意图。

图标：11-道砟层；12-路堤；2-集热单元；21-中空透光板；22-吸热涂层；23-超导热板；24-保温板；25-支撑外壳；3-聚热管；31-吸热翼管；32-绝热段；33-放热段；4-支撑架；5-保温档板；6-保温材料；7-U型固定卡。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型实施例正是针对路基冻胀中的关键科技问题而提出，从路基冻胀产生的“水、土、温”三个必不可少的要素中的“路基温度”着手，通过本实用新型实施例提供的装置达到控制温度、防控路基冻胀的目的。

请参阅图1，本实施例提供了一种翼式热管主动加热防冻胀路基，路基包括道砟层11、路堤12、翼式热管主动加热防冻胀装置、保温档板5和保温材料6。

道砟层11铺设在路堤12的上方，翼式热管主动加热防冻胀装置位于路堤12一侧，用于对路堤12进行加热。为了减少路基从道砟层11和路堤12坡面损失的热量，在道砟层11处铺设保温档板5，在路堤12的坡面处铺设保温材料6。其中，保温档板5为水泥纤维板，厚度为24mm；保温材料6为乙烯泡沫塑料、XPS板等，厚度为10cm，保温材料6可以浅埋在路肩及坡面下部10cm处，从而减少路堤12的热量损失。

请参阅图1和图2，翼式热管主动加热防冻胀装置包括集热单元2、聚热管3和支撑架4。

其中，聚热管3包括依次连通的吸热翼管31、绝热段32和放热段33。放热段33垂直路堤12走向插入路堤12内部。吸热翼管31与集热单元2连接，集热单元2与地面的夹角A1为当地纬度角±5°，并用支撑架4进行支撑固定。

同时，聚热管3的绝热段32、聚热管3的吸热翼管31与集热单元2搭接部位应用优质保温材料进行包裹，减小整体热量损失。

请参阅图2和图3，集热单元2的整体形状为不规则的平行四边形，这是为了适应吸热翼管31的形状而设计的，且集热单元2的斜角A5为吸热翼管31翼展夹角A2(请查阅图5)的一半，为50～75°。具体的，集热单元2的整体形状可以是直角梯形，两个集热单元2分别与吸热翼管31的两翼拼接形成矩形结构。

请参阅图3和图4，集热单元2包括支撑外壳25以及安装在支撑外壳25内、且从上往下依次设置的中空透光板21、吸热涂层22、超导热板23和保温板24，其中，超导热板23的伸出段从支撑外壳25内伸出、且搭接到聚热管3的吸热翼管31上。这种结构保证了集热单元2既可以高效吸收利用太阳能生成热量，也有结构简单、便于安装的优点。其中，中空透光板21可以选用厚层钢化玻璃，超导热板23可以选用金属热管。

超导热板23的伸出段相对于超导热板23在支撑外壳25内的部分向下倾斜的角度A6为10～20°，这有利于集热单元2与聚热管3的吸热翼管31的搭接。

请参阅图5和图6，聚热管3包括依次连通的吸热翼管31、绝热段32和放热段33。其中，绝热段32和放热段33在同一轴线上，材料均为金属圆管，吸热翼管31相对于绝热段32和放热段33向上倾斜，可以使吸热翼管31的上表面基本水平。吸热翼管31为金属空壳结构与绝热段32和放热段33内部联通，整体焊接良好，整体为密闭真空容器。其中，为了保证装置有足够大的集热面积，吸热翼管31的翼展夹角A2可为100～150°，翼展宽度L可设置为150～250cm。为了保证聚热管3内的工质正常上升和回流，以向路堤12供热，放热段33和绝热段32的仰角A3和吸热翼管31的接触夹角A4需为0～5°，也方便超导热板23的伸出段的顶面与吸热翼管31的底面搭接，其中，放热段33和绝热段32的仰角A3为相对水平面向上扬起的角度，吸热翼管31的接触夹角A4为吸热翼管31的底面与水平面的夹角。

请参阅图7，集热单元2中的超导热板23的伸出段与聚热管3的吸热翼管31通过导热硅胶搭接，并利用U型固定卡7进行固定，即利用U型固定卡7将超导热板23的伸出段与聚热管3的吸热翼管31夹持。这可以尽可能的保证集热单元2与聚热管3的传热通道是稳定的，二者不会脱落，避免传热性能降低的情况。

本实用新型实施例提供的翼式热管主动加热防冻胀装置及其路基的工作原理：当冷季来临时，在白天有太阳光时，太阳光进入集热单元2，太阳光透过中空透光板21，被吸热涂层22吸收，使得集热单元2内的热量集聚、温度升高。随着超导热板23的表面和内部温度升高，超导热板23内的工质汽化和吸收热量，在温差和压差作用下汽态工质不断在超导热板23与聚热管3的吸热翼管31处冷凝和放出热量，然后超导热板23内的液态工质在毛细力和重力作用下回到超导热板23底部，重复上述过程。聚热管3的吸热翼管31吸收到超导热板23传递的热量，聚热管3的吸热翼管31的工质迅速汽化，在温度差和压差作用下聚热管3内的汽态工质上升至放热段33、并冷凝和放出热量，同时转换为液态工质，由此将热量传递给路堤12和道砟层11，从而使路堤12和道砟层11内部热量不断累积热量，达到防治冻胀病害的目的。当夜晚无太阳能时，集热单元2停止工作，中空透光板21内部空气层的存在和中空透光板21与超导热板23之间的内部空气层，具有一定的保温作用，可以减少集热单元2在寒冷夜晚的热量损失。

本实用新型实施例提供的翼式热管主动加热防冻胀装置的安装过程：首先，将聚热管3的放热段33插入路堤12，聚热管3的吸热翼管31位于路堤12的坡面，然后，将集热单元2中的超导热板23的伸出段与聚热管3的吸热翼管31搭接，并利用U型固定卡7进行固定，最后，在道砟层11铺设保温档板5，在路堤12的坡面上铺设保温材料6。

本实用新型实施例提供的翼式热管主动加热防冻胀装置及其路基与现有技术相比具有以下优点：

1.有效解决长寿命、高稳定集热、聚热难题。现有本领域玻璃管、集热联箱集热等集热方式难以解决。不仅无动力条件难以满足，面对铁路工程长达10年以上工作寿命、野外强紫外线、强风沙，特别是无人值守等要求和条件，薄壳真空玻璃管很容易在风沙、列车带动飞石等条件下发生破损，集热联箱密部件长年工作老化和密封问题、内部不冻液等工质在暖季强烈太阳辐射下的沸腾、导致高压对系统的破坏等系列问题，都使得现有技术难以应用和应对。本实用新型实施例中，中空透光板21、超导热板23和聚热管3等关键部件均选用高强度材质，其完全可以应对上述关键问题，在无动力、无人值守、野外恶劣环境寿命均超过15～20年以上；

2.在稳定性方面，本实施例通过低矮形式的集热单元2的设置，不仅增加装置整体在我国西部大风恶劣环境下的稳定性，而且重心的降低有助于装置的整体热循环推力的形成和增加，并保证整个循环和换热过程的顺畅、高效工作。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种翼式热管主动加热防冻胀装置，应用于路基，其特征在于，所述翼式热管主动加热防冻胀装置包括：

聚热管(3)，包括依次连通的吸热翼管(31)、绝热段(32)和放热段(33)，所述放热段(33)用于垂直路堤(12)走向插入所述路堤(12)内部，所述吸热翼管(31)位于所述路堤(12)的一侧；

集热单元(2)，包括支撑外壳(25)以及安装在所述支撑外壳(25)内、且从上往下依次设置的中空透光板(21)、吸热涂层(22)、超导热板(23)和保温板(24)，其中，所述超导热板(23)的伸出段从所述支撑外壳(25)内伸出、且搭接到所述聚热管(3)的所述吸热翼管(31)上。

2.根据权利要求1所述的翼式热管主动加热防冻胀装置，其特征在于，所述翼式热管主动加热防冻胀装置还包括：

支撑架(4)，所述集热单元(2)用所述支撑架(4)进行支撑固定，所述集热单元(2)与地面的夹角A1为当地纬度角±5°。

3.根据权利要求1所述的翼式热管主动加热防冻胀装置，其特征在于，所述聚热管(3)的所述绝热段(32)、所述吸热翼管(31)与所述集热单元(2)的搭接部位应用保温材料(6)进行包裹。

4.根据权利要求1所述的翼式热管主动加热防冻胀装置，其特征在于，所述集热单元(2)的整体形状是直角梯形，两个所述集热单元(2)分别与所述吸热翼管(31)的两翼拼接形成矩形结构。

5.根据权利要求1所述的翼式热管主动加热防冻胀装置，其特征在于，所述吸热翼管(31)的翼展夹角A2为100～150°，所述集热单元(2)的斜角A5为所述吸热翼管(31)翼展夹角A2的一半。

6.根据权利要求1所述的翼式热管主动加热防冻胀装置，其特征在于，所述超导热板(23)的伸出段相对于所述超导热板(23)在所述支撑外壳(25)内的部分向下倾斜的角度A6为10～20°，所述超导热板(23)的伸出段的顶面与所述吸热翼管(31)的底面搭接。

7.根据权利要求1所述的翼式热管主动加热防冻胀装置，其特征在于，所述放热段(33)和所述绝热段(32)的仰角A3、所述吸热翼管(31)的接触夹角A4均为0～5°。

8.根据权利要求1所述的翼式热管主动加热防冻胀装置，其特征在于，所述集热单元(2)中的所述超导热板(23)的伸出段与所述聚热管(3)的所述吸热翼管(31)通过导热硅胶搭接，并利用U型固定卡(7)进行固定。

9.根据权利要求1所述的翼式热管主动加热防冻胀装置，其特征在于，所述中空透光板(21)选用钢化玻璃，所述超导热板(23)选用金属热管。

10.一种翼式热管主动加热防冻胀路基，其特征在于，所述翼式热管主动加热防冻胀路基包括道砟层(11)、路堤(12)、保温档板(5)、保温材料(6)和权利要求1所述的翼式热管主动加热防冻胀装置；

所述道砟层(11)铺设在所述路堤(12)的上方，所述翼式热管主动加热防冻胀装置位于所述路堤(12)一侧，用于对所述路堤(12)进行加热，在所述道砟层(11)上铺设啊啊保温档板(5)，在所述路堤(12)的坡面处铺设所述保温材料(6)。

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