CN219640766U - 一种用于冻土区的重力热管结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及热管领域，提出了本实用新型提供了一种用于冻土区的重力热管结构，包括：热管和冷却空腔管，热管的内部密封，热管内部充有工质；冷却空腔管设置于热管一端，冷却空腔管密封设置于热管外壁，冷却空腔管内部充有冷凝介质。通过密封设置的热管和密封设置的冷却空腔管，使重力热管结构设置在冻土层内时，通过土体向密封热管内的工质进行热量交换，工质与冷却空腔内的冷凝介质进行热量交换。在无需外部能量的情况下，实现重力热管结构既能在冷季增强传热强度；又能在暖季吸热，相对降低冻土层的温度；解决了重力热管结构不能应用于暖季的技术问题，延长了重力热管结构的工作时常，提升了冻土层的稳定性。

Description

一种用于冻土区的重力热管结构

技术领域

本实用新型涉及热管领域，具体而言，涉及一种用于冻土区的重力热管结构。

背景技术

目前在多年冻土区，由于冻土中的水，会因环境温度变化，在水和冰直接相互转换，导致其力学性质表现出强烈的温度敏感性。所以热管仍是多年冻土主动冷却路基中单体降温效果最好的技术。但是，受传统热管结构形式的限制，热管主要在冷季工作，暖季无法发挥功效。

现目前，重力式热管的改进，主要研究其强化传热方式，例如采用高效工质、优化管壁内表面处理方式、设置内插件或改进热管限制传热的结构形式。但是，这些改进方式均无法使热管在暖季工作。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于冻土区的重力热管结构，其能够应用于冷季和暖季，长效工作。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种用于冻土区的重力热管结构，包括：

热管，所述热管的内部密封，所述热管内部充有工质；

冷却空腔管，所述冷却空腔管设置于所述热管一端，所述冷却空腔管密封设置于热管外壁，所述冷却空腔管内部充有冷凝介质。

在本实用新型可选地实施方式中，所述冷却空腔管的外壁设有若干个翅片。

设置在冷却空腔管外壁的翅片，增大了换热面积，强化了传热，在冷暖季可以帮助冷却空枪管内的冷凝介质与外界进行换热。该翅片的形状不限于方形、圆形、波纹形以及针状等形状；该翅片与冷却空腔管外壁的连接方式不限于高频焊接、镶嵌以及套装等方式；该翅片的材料不限于铜、铝以及碳钢等金属材料。

在本实用新型可选地实施方式中，所述冷却空腔管的外壁和/或翅片上设有辐射制冷涂层结构。

将辐射制冷涂层均匀的喷涂在冷却空腔管的外壁和/或翅片，具备高反射率、耐老化、耐低温等效果，使重力热管结构尤为适用于高辐射冻土地区。可以根据需要对辐射制冷涂层的材料进行选择，辐射制冷涂层的喷涂厚度根据选择的材料而定。

在本实用新型可选地实施方式中，所述热管沿轴向包括蒸发段、绝热段和冷凝段，所述冷却空腔管设置在冷凝段。

在本实用新型可选地实施方式中，所述热管的蒸发段竖直插入冻土层内，所述热管的冷凝段露出冻土层表面。

在本实用新型可选地实施方式中，所述冷却空腔管下端距离冻土层表面10-20cm。

在本实用新型可选地实施方式中，所述冷却空腔管上端距离热管上端面的距离大于6cm。

在本实用新型可选地实施方式中，所述热管和冷却空腔管通过焊接进行连接。

焊接最好是选择高质量焊缝。

在本实用新型可选地实施方式中，所述热管包括管壳和端盖，所述端盖通过焊缝连接在所述管壳两端。

在本实用新型可选地实施方式中，所述热管的内部真空密封。

本实用新型实施例的有益效果是：

本实用新型提供了一种用于冻土区的重力热管结构，包括：热管，所述热管的内部密封，所述热管内部充有工质；冷却空腔管，所述冷却空腔管设置于所述热管一端，所述冷却空腔管密封设置于热管外壁，所述冷却空腔管内部充有冷凝介质。

通过密封设置的热管和密封设置的冷却空腔管，使重力热管结构设置在冻土层内时，通过土体向密封热管内的工质进行热量交换，然后工质与冷却空腔内的冷凝介质进行热量交换。从而在无需外部能量的情况下，实现重力热管结构既能在冷季增强传热强度；又能在暖季吸热，相对降低冻土层的温度；解决了重力热管结构不能同时应用于冷季和暖季的技术问题，延长了重力热管结构的工作时常，提升冻土层以及路基的稳定性。

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1中热管结构的半剖示意图；

图2为本实用新型实施例1中热管结构的俯视图。

图标:100-热管结构；110-热管；120-冷却空腔管；130-翅片；101-绝热段；102-蒸发段；103-冷凝段。

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。

请参照图1～图2，本实施例提供

一种用于冻土区的重力热管结构，包括：热管110和冷却空腔管120，热管110的内部密封，热管110内部充有工质；冷却空腔管120设置于热管110一端，冷却空腔管120密封设置于热管110外壁，冷却空腔管120内部充有冷凝介质。

详细地，冷却空腔管120内的冷凝介质可以为氨、乙醇或其他成分，并根据冷凝介质的不同调整空腔内部压强。

冷却空腔管120的外壁设有若干个翅片130。冷却空腔管120的外壁和翅片130上设有辐射制冷涂层结构。

详细地，翅片130可沿冷却空腔管120的轴向进行间隔布置，翅片130可以增大换热面积，强化传热。

翅片130可以根据需要采用不同的结构，本实施例中，翅片130为方形片状。其它实施例中，翅片130也可以为波纹形或针状等形状。

翅片130可以根据需求选择与冷却空腔管120的外壁的连接方式，本实施例中，翅片130可以选择焊接在冷却空腔管120的外壁。其他实施例中，翅片130也可以选择镶嵌或套接等方式连接在冷却空腔管120外壁。

其中，热管110沿轴向包括蒸发段102、绝热段101和冷凝段103，冷却空腔管120设置在冷凝段103。热管110的蒸发段102竖直插入冻土层内，热管110的冷凝段103露出冻土层表面。

冷却空腔管120下端距离冻土层表面10-20cm。方便施工且不易损坏。

本实施例中，具体为15cm。需要说明的是，其它实施例中，也可以为11cm、12cm、13cm、14cm、16cm、17cm，18cm、19cm。

冷却空腔管120上端距离热管110上端面的距离大于6cm。方便与热管结构100的检修。

在本实施例中，具体为7cm。需要说明的是，其他实施例中，也可以为8cm、9cm等。

热管110和冷却空腔管120通过焊接进行连接。热管110和冷却空腔管120可以根据需要采用不同的结构，本实施例中，热管110和冷却空腔管120通过焊接进行连接。需要说明的是，其它实施例中，热管110和冷却空腔管120也可以卡接固定。

其中，热管110包括管壳和端盖，端盖通过焊缝连接在管壳两端。

其中，热管110的内部真空密封。

本实施例提供用于冻土区的重力热管结构100的施工程序如下：

1、首先将热管110的管壳、端盖、冷却空腔管120、翅片130等零部件采用适当的方法进行清洗，如除油、碱液处理、漂洗、钝化处理、干燥等；

2、对热管110的管壳和端盖在洁净和干燥的环境中进行高质量焊缝；

3、烘烤热管110的管体，并将管内抽真空，再注入纯净的工质，形成永久性封口后，对热管110的传热性能和气密性进行检查；

4、将冷却空腔管120和热管110进行焊接组装，对冷却空腔管120进行烘烤并将腔内抽真空，在注入相变制冷的冷凝介质后，对冷却空腔管120进行封口，并对冷却空腔管120的气密性进行检查；

5、将翅片130安装在冷却空腔管120的外壳后，对翅片130和冷却空腔管120的外壁喷涂辐射制冷涂层；

6、最后对整个重力热管结构100的传热性能、气密性等性能进行系统检查。

需要说明的是，首先在清洗完毕后，应尽快采取适当的工艺将各部件进行组装，否则应将各部件保存在洁净和干燥的环境中。

其次如果在检查各个部件气密性，发现部件漏气时，需要进行补焊以及再次检查气密性。并且在抽真空时可能出现新的孔洞，也需要补焊以及再次检查气密性，直到不漏为止。在本实施例中，对各个部件之间的焊接采用高质量焊缝，并在焊缝后采用氦质谱检漏仪进行真空检漏。在其他实施例中，也可以采用气焊等方式。

本实施例提供的用于冻土区的重力热管结构100的工作原理和过程是：

首先将热管110的蒸发段102插入冻土层，将冷凝段103露出冻土层的表面，安装时将冷却空腔管120的下端距离冻土层15cm。

在冷季时，路基及其下伏冻土层土体的温度高于环境气温下：

土体通过热管110的蒸发段102管壁向工质传递热量，工质吸收潜热由液态转变为气态；

气态的工质上升并穿过绝热段101到达冷凝段103；

气态的工质在冷凝段103通过壁面向外部冷却空腔管120内的冷凝介质放出潜热，此时气态的工质又凝结为液态，凝结的液态工质在毛细力、离心力、重力的作用下流回蒸发段102，进而继续吸收潜热不断循环；

通过设置真空密封的冷却空腔管120和热管110、翅片130，无需外部能量，也能有效降低热管110的冷凝段103管壁温度，增大蒸发段102和冷凝段103管壁温差，从而增强冷季热管110传热强度，提升对冻土层下伏土体的冷却效果。

在暖季时，路基及其下伏冻土层土体的温度低于环境气温：

无需外部能量，冷却空腔管120内的冷凝介质蒸发吸热，将热量储存起来，并且高反射的辐射冷却涂层减少了辐射吸热，使冻土层表面的温度相对降低，提高其力学性能，因而提升路基稳定性。

因此本实施例中重力热管结构100克服了现有热管110工作时段小且暖季无法发挥功效的技术瓶颈，在同时适用于冷季和暖季的同时延长了工作时段，提升对冻土层的冷却效果。

以上所述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)

1.一种用于冻土区的重力热管结构，其特征在于，包括：

热管(110)，所述热管(110)的内部密封，所述热管(110)内部充有工质；

冷却空腔管(120)，所述冷却空腔管(120)设置于所述热管(110)一端，所述冷却空腔管(120)密封设置于热管(110)外壁，所述冷却空腔管(120)内部充有冷凝介质。

2.根据权利要求1所述的用于冻土区的重力热管结构，其特征在于，所述冷却空腔管(120)的外壁设有若干个翅片(130)。

3.根据权利要求2所述的用于冻土区的重力热管结构，其特征在于，所述冷却空腔管(120)的外壁和/或翅片(130)上设有辐射制冷涂层结构。

4.根据权利要求1所述的用于冻土区的重力热管结构，其特征在于，所述热管(110)沿轴向包括蒸发段(102)、绝热段(101)和冷凝段(103)，所述冷却空腔管(120)设置在所述冷凝段(103)。

5.根据权利要求4所述的用于冻土区的重力热管结构，其特征在于，所述热管(110)的蒸发段(102)竖直插入冻土层内，所述热管(110)的冷凝段(103)露出冻土层表面。

6.根据权利要求5所述的用于冻土区的重力热管结构，其特征在于，所述冷却空腔管(120)下端距离冻土层表面10-20cm。

7.根据权利要求5所述的用于冻土区的重力热管结构，其特征在于，所述冷却空腔管(120)上端距离热管(110)上端面的距离大于6cm。

8.根据权利要求1所述的用于冻土区的重力热管结构，其特征在于，所述热管(110)和冷却空腔管(120)通过焊接进行连接。

9.根据权利要求1所述的用于冻土区的重力热管结构，其特征在于，所述热管(110)包括管壳和端盖，所述端盖通过焊缝连接在所述管壳两端。

10.根据权利要求1所述的用于冻土区的重力热管结构，其特征在于，所述热管(110)的内部真空密封。