一种防治季节性冻土区路基冻胀病害的主动加温解冻装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种防治季节性冻土区路基冻胀病害的主动加温解冻装置，该装置包括置于地表的光伏电池组、蓄电池、压缩机及置于季节性冻胀地层中的冷凝器、置于稳定地层中的蒸发器。所述蒸发器内设有液态工质管，该液态工质管通过膨胀阀与所述冷凝器相连；所述压缩机的一端设有高温蒸汽管，其底部设有低温蒸汽管，其另一端通过导线经控制器分别与所述光伏电池组和所述蓄电池相连；所述高温蒸汽管的末端伸入所述冷凝器中；所述低温蒸汽管上设有单向阀，其末端伸入所述蒸发器中。本实用新型既能预防路基水分聚集冻结膨胀产生的不均匀隆起开裂，又能主动治理已发生的冻胀变形，防治兼备，确保了季节冻土区路基安全稳定运营。
【专利说明】
一种防治季节性冻土区路基冻胀病害的主动加温解冻装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及季节性冻土区路基热稳定性维护和防治冻胀【技术领域】，尤其涉及一种防治季节性冻土区路基冻胀病害的主动加温解冻装置。
【背景技术】
[0002]目前，季节性冻土指冬季冻结、春季融化的土层。我国季节性冻土区面积约为513.7万km2，占国土面积的53.5%，其南界西从云南章凤，向东经昆明、贵阳，绕四川盆地北缘，到长沙、安庆、杭州一带。季节冻结深度在黑龙江省南部、内蒙古东北部、吉林省西北部可超过3米,往南随纟韦度降低而减少。修筑在上述地区的闻速铁路、闻速公路路基广泛面临着季节性冻土导致的冻胀、融沉病害的影响。其中，路基附近地表水和地下水在冬季受严寒气候影响，在温差聚水作用下，会逐渐聚集在路基表层冻结膨胀导致路基隆起开裂，进入暖季后聚冰土体融化导致路基翻浆冒泥，如此冻融循环严重影响线路正常安全运营。
[0003]在当前季节性冻土地基热稳定性维护中，应对冻胀采取的工程措施或装置主要有:置换填土法、隔温层法、稳定土处理法、人工盐化法。这些措施主要存在以下缺陷:
[0004]⑴置换法指用采用非冻胀材料换填冻胀土，这种方法施工土方量较大，尤其当需要远距离运输置换土或换土深度较大时，成本较高。
[0005]⑵隔温层法指在路基填土中设置聚苯乙烯保温层，隔温层上填筑垫层，运输垫层材料及采用机械压实过程中容易破坏隔温材料。
[0006]⑶稳定土处理法指当路基由软弱粘性土构成时，掺入适当数量的水泥进行处理，可提高其强度和承载能力，增加抗冻和抗水性能，但水泥剂量过大易产生收缩裂缝。
[0007]⑷人工盐化法指通过打孔注盐、稀释注入和土盐拌和等措施使溶于土中水的盐分增高，使土体冻胀温度小于淡水冰点，这种方法仅适用于低温极值较高的病害轻微段使用，剂量过大易出现新的路基盐溃化病害。
[0008]以上工程措施的出发点在于克服和延缓冻胀造成的路基破坏，只能减小冻胀，不能根除冻害，属于预防性的被动措施，在长期的严寒气候背景下路基仍可能出现一系列冻胀引起的问题，并需要不断的投入维护费用。
[0009]因此，目前路基冻胀病害以预防为主，缺乏有效的主动控制和治理技术措施或装置，在路基冻胀发生并影响线路正常安全运营后所能采取的快速治理措施有限。同时由于线性工程距离长，沿线基础设施落后等原因，人员和设备长期值守困难。
实用新型内容
[0010]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种在冷季能够快速有效、主动控制的防治季节性冻土区路基冻胀病害的主动加温解冻装置。
[0011]为解决上述问题，本实用新型所述的一种防治季节性冻土区路基冻胀病害的主动加温解冻装置，其特征在于:该装置包括置于地表的光伏电池组、蓄电池、压缩机及置于季节性冻胀地层中的冷凝器、置于稳定地层中的蒸发器；所述蒸发器内设有液态工质管，该液态工质管通过膨胀阀与所述冷凝器相连；所述压缩机的一端设有高温蒸汽管，其底部设有低温蒸汽管，其另一端通过导线经控制器分别与所述光伏电池组和所述蓄电池相连；所述高温蒸汽管的末端伸入所述冷凝器中；所述低温蒸汽管上设有单向阀，其末端伸入所述蒸发器中。
[0012]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0013]1、由于本实用新型中设有置于季节性冻胀地层中的冷凝器、置于稳定地层中的蒸发器，因此，埋设于稳定地层中的蒸发器吸收低品位热量，经压缩机做功后通过冷凝器转化为高品位热量传递到冻胀地层，加温解冻装置周围一定范围内天然地层或填料中的固态水，既能预防路基水分聚集冻结膨胀产生的不均匀隆起开裂，又能主动治理已发生的冻胀变形，防治兼备，确保了季节冻土区路基安全稳定运营。
[0014]2、本实用新型装置的运动部件少，仅压缩机由装置自带的太阳能发电系统供电做功，实质上是一种可独立运行的热量提升装置。
[0015]3、本实用新型结构简单，经济合理，长距离铁路、公路沿线不需要配套供电线路即可长期稳定工作，可无人值守，适用于防治季节性冻土区铁路、公路路基的冻胀病害，弥补了现有季节性冻土区路基防冻胀工程措施以预防为主的不足。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]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。
[0017]图1为本实用新型的结构示意图。
[0018]图中:1 一光伏电池组 2—蓄电池 3—控制器 4一导线 5—压缩机6—高温蒸汽管 7—冷凝器 8—膨胀阀 9一液态工质管 10—蒸发器11一低温蒸汽管12—单向阀。
【具体实施方式】
[0019]如图1所示(图中箭头所指方向为流动方向)，一种防治季节性冻土区路基冻胀病害的主动加温解冻装置，该装置包括置于地表的光伏电池组1、蓄电池2、压缩机5及置于季节性冻胀地层中的冷凝器7、置于稳定地层中的蒸发器10。
[0020]蒸发器10内设有液态工质管9，该液态工质管9通过膨胀阀8与冷凝器7相连；压缩机5的一端设有高温蒸汽管6，其底部设有低温蒸汽管11，其另一端通过导线4经控制器3分别与光伏电池组I和蓄电池2相连；高温蒸汽管6的末端伸入冷凝器7中；低温蒸汽管11上设有单向阀12，其末端伸入蒸发器10中。
[0021]其中:蒸发器10以垂直埋管的形式装设在路基稳定地层中，可采用高密度聚乙烯管，作用是使经单向阀12流入的传热工质蒸发汽化，以吸收稳定地层中的低品位热量。蒸发器10所处的稳定地层指对路基没有影响的冻土地层或非冻土地层，在稳定地层温度比冻胀地层温度低的情况下也可实现对冻胀地层的加温解冻。
[0022]压缩机5由太阳能发电系统供电运行，做功将低温低压传热工质压缩为高温高压蒸汽，提取并集中稳定地层的低品位热量。
[0023]冷凝器7以垂直埋管的形式装设在路基冻胀地层中，可采用高密度聚乙烯管，是输出热量的设备，从蒸发器10中吸收的热量连同压缩机5消耗功所转化的热量在冷凝器7中以高品位热量形式释放到冻胀地层中，达到加温解冻的目的。
[0024]膨胀阀8对传热工质起到节流降压作用，并可根据蒸发器10末端过热度调节传热工质流量。
[0025]传热工质为氨或其它工质。
[0026]为防治水、土中的腐蚀性成分使蒸发器10、冷凝器7产生锈蚀，需在其表层做喷漆等防腐措施。
[0027]使用时，在严寒季节，蒸发器10中的传热工质从稳定地层中吸热气化成低温蒸汽；然后低温蒸汽经低温蒸汽管11进入压缩机5，由压缩机5做功压缩成高温高压的蒸汽，高温高压蒸汽经高温蒸汽管6进入冷凝器7，向冻胀地层释放热量后冷却凝结成低温高压液体；再经膨胀阀8节流成低压低温液体通过液态工质管9流回蒸发器10。通过让传热工质不断完成:蒸发一压缩一冷凝一节流一再蒸发的热力循环过程，从而在冷季持续将稳定地层中的低品位热量转化为高品位热量传递到冻胀地层中，对冻胀土体起到加温解冻作用。
[0028]光伏电池组I在有光照情况下发电，将太阳能转换为电能，通过控制器3给负载供电，同时给蓄电池组2充电；在无光照时，通过控制器3由蓄电池2为压缩机5运行提供所需电源。
【权利要求】
1.一种防治季节性冻土区路基冻胀病害的主动加温解冻装置，其特征在于:该装置包括置于地表的光伏电池组(I)、蓄电池(2)、压缩机(5)及置于季节性冻胀地层中的冷凝器(7)、置于稳定地层中的蒸发器(10);所述蒸发器(10)内设有液态工质管(9)，该液态工质管(9 )通过膨胀阀(8 )与所述冷凝器(7 )相连；所述压缩机(5 )的一端设有高温蒸汽管(6 )，其底部设有低温蒸汽管(11)，其另一端通过导线(4)经控制器(3)分别与所述光伏电池组(I)和所述蓄电池(2)相连；所述高温蒸汽管(6)的末端伸入所述冷凝器(7)中；所述低温蒸汽管(11)上设有单向阀(12 )，其末端伸入所述蒸发器(10 )中。
【文档编号】E01C11/26GK204125812SQ201420589549
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月13日 优先权日:2014年10月13日
【发明者】胡田飞, 孙子超, 张若愚 申请人:胡田飞