一种可实现远程监测的高效热棒的制作方法

本发明属于冻土治理技术领域，涉及一种可实现远程监测的高效热棒，具体涉及一种适用在冻土地区铁路、公路、桥梁、涵洞、输油和输气管线、房屋建筑及输变电铁塔基础的防止地基冻胀和融沉的可实现远程监测的高效低温热棒，用于稳定冻土层、防治山体滑坡等方面。

背景技术：

冻土是指零摄氏度以下、并含有冰的各种岩石和土壤。冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度，由于这一特征，在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险：冻胀和融沉。随着气候变暖，冻土层会不断退化，在冻土地区冻土的膨胀、融沉会造成路基的沉陷变形、山坡热融滑塌、涵洞开裂等，是寒冷地区铁路、公路建设工程中需要解决的主要关键技术问题。

低温热棒用于冻土治理，其两端密封，管中装有液体工质。热棒的上部装有散热片，称为散热段；热棒的下部埋入多年冻土中，称为蒸发段；在散热段与蒸发段之间是绝热段，外表面包覆绝热材料。在寒冷季节，由于空气温度低于多年冻土温度，热棒中的液体工质吸收多年冻土中的热量，蒸发成气体(吸收汽化潜热)，沿热棒中心通道向上流动至散热段，遇到较冷的管壁放出汽化潜热，冷凝成液体，再在重力的作用下，沿管壁流回蒸发段，如此循环把地基多年冻土中的热量传输到大气中。在温暖季节，外界空气温度高于多年冻土温度，液体工质蒸发的蒸汽到达散热段后无法冷凝，热棒内达到气液相平衡，液体停止蒸发、热棒停止工作。由于热棒的这一单向传热机理，热量只能从下向上传热，而不能从上向下传递，这样大气中的热量就不会传到多年冻土中，从而保持“冻土不融”，保证冻土地基稳固。

利用低温热棒防治冻土冻胀、融沉技术在国内外已经发展了很多年，热棒散热段外部多为翅片结构，散热段长期暴露在寒冷地区恶劣的自然环境中，翅片极易发生腐蚀和磨损，严重影响热棒的传热效率和工作稳定性以及使用寿命。此外，热棒工作介质的温度和工作状态通常采用中心测温管进行测量，需要人员前往现场对每一根热棒进行观察记录，工作量大且非常不便。低温热棒的安装工程量也非常巨大，热棒的直径一般在50-130mm之间，埋入冻土层的深度不少于400cm，安装热棒需要事先在冻土层中钻出比热棒尺寸大的深孔，将热棒放入深孔中需要重新装填沙土，工作量大且不易填实，甚至造成管壁变形、液体工质泄漏等影响工作效率。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种在散热段进行防腐处理且便于监视工作状态、便于安装的低温热棒，保证热棒长期稳定工作、延长热棒的使用年限。

本发明的的目的是通过以下技术方案实现的：

一种可实现远程监测的高效热棒，包括管状壳体3、位于两端的散热段封盖2、蒸发段封盖6，壳体内装有液体工作介质；热棒由装有散热片的散热段、绝热段、蒸发段依次构成，散热段壳体外壁装有散热翅片10，在散热段封盖2上设置有可拆卸的吊耳1，散热段封盖2上设有中心测温管8，中心测温管8伸入散热段并由固定支架9固定，中心测温管8伸入散热段的一端连有毫安计用以测量气体工作介质的温度，毫伏计连接信号发生器11，信号发生器11固定在热棒的散热段壳体内壁上，信号发生器11通过太阳能电池进行供电，便于监视热棒的工作状态，收集测量到的气体工作介质的温度并发送给监视终端；绝热段壳体外表面包覆有绝热材料形成绝热层；蒸发段埋入冻土中，在蒸发段封盖处设有介质充液口管7；在蒸发段末端设置有尖状端头4。

进一步的，所述的中心测温管8为一金属管体，其端部为平滑平面结构，中心测温管8不与管状壳体3内的液体工作介质接触。

进一步的，所述的在散热翅片10为开花锯齿(纵向或横向)翅片、螺旋翅片或u型翅片。

进一步的，所述的散热翅片、热棒的散热段光管外壁、热棒的绝热段壳体外壁镀锌或镀有柔性搪瓷等形成防腐蚀耐磨涂层。

进一步的，在散热段壳体的内壁上涂覆有低表面能冷凝涂层，提高冷凝效率。

进一步的，所述的固定支架9为固定在壳体内壁的金属环或不锈钢丝。

进一步的，太阳能电池板安装在热棒的外部。

进一步的，热棒的蒸发段壳体外壁设有螺纹，方便热棒安装。

进一步的，热棒的蒸发段壳体外壁上涂有环氧富锌漆、氯化橡胶漆或沥青漆等防腐层。

进一步的，所述的尖状端头4为外壁光滑的端头或外壁带螺纹的端头。

本发明的有益效果：

本发明低温热棒壳体内装有的液体工作介质可更换，在散热段壳体外壁上设有翅片结构，可提高传热系数1.1-3倍，在低温热棒散热段的内壁上涂覆有低表面能冷凝涂层，可提高工作介质的冷凝效率达30％-300％，增加热棒的传送功率。壳体和散热翅片的连接采用高频焊接或熔化焊，并在其表面镀锌或镀柔性搪瓷等材料，其使用性能稳定、抗腐蚀能力强、耐磨性高，使用寿命可达30年以上。

本发明采用信号发生器采集每根热棒工作时的介质温度并发送给监视终端，可自动监控热棒工作状态，省去了人工前往现场采集温度数据这一繁琐的工作，信号发生器利用太阳能电池板进行供电，且太阳能电池板安装在热棒的外部，如发生损坏方便更换。

本发明的蒸发段壳体外壁上设有螺纹，蒸发段封盖上设有尖状端头或螺纹尖状端头，大大减小了热棒安装的工程难度；蒸发段壳体外壁涂有环氧富锌漆、氯化橡胶漆或沥青漆等防腐层，提高蒸发段的防腐蚀能力和热棒的工作使用年限。

附图说明

图1为本发明可实现远程监测的高效热棒的结构示意图。

图中，1-吊耳，2-散热段封盖，3-管状壳体，4-尖状端头，5-螺纹，6-蒸发段封盖，7-介质充液口管，8-中心测温管，9-固定支架，10-散热翅片，11-信号发生器。

具体实施方式

如图1所示，一种新型防腐蚀且便于安装的低温热棒，包括管状壳体3、位于壳体两端的散热段封盖2、蒸发段封盖6，管状壳体3内装有液体工作介质。热棒由装有散热片的散热段、绝热段、蒸发段依次构成。散热段封盖2外端顶部设有可拆卸的吊耳1，散热段壳体外壁装有散热翅片10，在散热段封盖2上设有中心测温管8，中心测温管8伸入散热段并由固定支架9固定，中心测温管8与管状壳体3内的气体工作介质接触，中心测温管8伸入散热段的一端连有毫安计，用以测量气体工作介质的温度，毫伏计连接信号发生器11，信号发生器11依靠外接的太阳能电池板供电，信号发生器11收集测量到的气体工作介质的温度并发送给监视终端，从而监控热棒工作状态及热棒的启动性能；在蒸发段封盖6上设有介质充液口管7，在蒸发段末端上设置有光滑或带螺纹的尖状端头4。

所述的中心测温管8为一金属管体，其端部为平滑平面结构。

所述的固定支架9为固定在壳体内壁的金属环或不锈钢丝。

所述的管状壳体3内壁为光滑平面结构或螺旋或直齿槽道结构。

所述的散热翅片10可以是开花锯齿(纵向或横向)翅片，或螺旋翅片，或u型翅片结构；散热翅片10采用高频焊或熔化焊与管状壳体3散热段外壁焊接连接，可以是连续的也可以是间断的，焊着率大于95％；散热翅片及散热段外壁光管部分镀锌或镀有柔性搪瓷等材料形成防腐蚀耐磨涂层，具有很强的防腐效果和耐磨性。散热段壳体内壁表面涂覆有低表面能冷凝涂层。寒冷季节时，蒸发段的液体工作介质吸收多年冻土层的热量使其介质蒸发成气体，上升到散热段遇冷，在散热段内管壁上冷凝成液体回落到蒸发段，散热段内壁低表面能冷凝涂层可减少工作介质在内壁上的液面薄膜厚度和附着时间，提高工作介质的冷凝效率、加速散热，从而提高传热功率。另外，还可以在散热段壳体内设置分流管、溢流管等插入件。

所述的绝热段壳体外表面包覆有绝热材料形成绝热层。

所述的蒸发段壳体外壁是光滑面结构或设有安装螺纹5，安装螺纹5的长度由热棒埋入冻土层的深度决定，直到尖状端头4，蒸发段壳体外壁上涂有环氧富锌漆、氯化橡胶漆或沥青漆等形成防腐层。若设置有安装螺纹5，在进行热棒安装作业时，可沿螺纹螺旋方向将热棒旋入冻土层中。蒸发段安装螺纹结构，结合光滑或带螺纹的尖状端头4，减小了热棒安装的难度，避免了大力拔插对热棒管壁造成的损害，降低了液体介质泄漏的风险，同时减少了开孔填装沙土的空隙率，提高热棒功率。

管状壳体3内的液体工作介质为液氨(nh3)、二氧化碳或氟利昂-21(chc12f)、氟利昂-11(cc13f)等。所述介质充液口管7同时为热棒内的抽真空排放口、充液口和更换液体的排出口。

本发明的各部件材料可采用碳钢，低温钢，不锈钢及耐酸碱盐材料；所述散热翅片10的厚度为0.3-3mm，高度为1-100mm，管状壳体3的直径为10-200mm，长为1-100m。