[实用新型]面向多年冻土区路基工程的太阳能吸附式制冷装置

说明书

本实用新型实施例提供了一种面向多年冻土区路基工程的太阳能吸附式制冷装置。该装置主要包括：不锈钢管，玻璃管，机械密封结构，以及连接部件；不锈钢管和玻璃管内外嵌套而成真空套管结构，机械密封结构置于真空套管结构的顶部，真空套管结构埋设于冻土地基中的部分为蒸发制冷段，置于地表以上的部分又分为集热/吸附段和冷凝段，集热/吸附段和蒸发制冷段内分别填充吸附剂和制冷剂；集热/吸附段自动将太阳能转化为热能驱动吸附式制冷循环，利用昼夜太阳强度的差异实现制冷剂脱附过程和吸附过程的往复进行。本实用新型可以利用太阳能进行自动吸附式制冷，实现对冻土的实时和高效保护，有效防治多年冻土退化和路基工程热害。

技术领域

本实用新型涉及冻土工程技术领域，尤其涉及一种面向多年冻土区路基工程的太阳能吸附式制冷装置。

背景技术

中国的多年冻土主要分布在青藏高原、东北大小兴安岭北部、西部天山及阿尔泰山，约占国土面积的22.4％。在上述地区进行道路工程建设时，由于改变了原天然地表与大气之间的热量交换、季节性融化层水热输运等条件，原多年冻土的水热平衡状态被打破，使得路基下天然季节融化层的深度发生变化并引发各种不良冻土现象。当多年冻土中固态冰液化时，就会导致冻土泥化软化和流变，削弱地基的承载力和稳定性，影响道路的长期服役性能。因此，在多年冻土地区修筑公路和铁路时，首先要考虑的是路基的热稳定性，路基的热稳定性直接和路基下覆地层的温度场相关。在工程条件一定的情况下，温度是导致路基病害的关键因素，也是在保证所有防治措施有效但病害依然存在情况下唯一的可控因素。因此，对于多年冻土区路基工程，采用主动冷却措施保持和恢复线路沿线多年冻土的原始温度状态极为必要。

现有技术中，一般采用主动冷却路基的方法穿越多年冻土区，包括块/碎石气冷结构、通风管及热管等。其中，块/碎石结构、通风管基于空气对流换热原理，通过冷季的低温大气来增加地层冷储量。热管基于气液两相循环换热原理，是目前冷却效率最高的措施，对冻土的降温效果明显。

上述措施的局限性在于，块/碎石结构、通风管主要通过几何参数来调节传热效果，优化相对困难。即使是冷却效率最高的热管也仍然属于被动式传热元件，依靠地气温度差驱动相变换热循环。由于热流方向的可逆性，热管对冻土的保护只能在冷季通过预储或补给冷量来实现，进入暖季后必须停止工作，季节匹配性差。随着全球变暖对多年冻土区气候环境的影响，现有的路基冷却措施已不能完全满足多年冻土区路基热稳定性防护的需求。因此，目前有必要研发新型的面向多年冻土区路基的主动制冷装置，以改善多年冻土区路基热稳定性保护措施冷却效率低和季节匹配性差的现状。

相比现有多年冻土区路基冷却措施通过冬季蓄冷以抵消夏季热侵蚀的间接被动式传热工作机理，实现多年冻土保护最为直接的措施是增加一个在暖季的热量输出过程，即从冻土层中吸取热量，并将其转移至大气环境中。在这一附加过程中，热量需要从低温介质(路基)传递向高温介质(大气)，属于制冷范畴。在制冷技术领域中，制冷剂和制冷剂循环是制冷装置的关键。对于长距离路基工程长期制冷的需求，装置研发方向应该定为：小型的带有制冷剂循环系统的独立式制冷装置。该类制冷装置要求：①可独立运行，制冷剂循环过程无需耗电或用电功率较小；②布设方式灵活，形体最好为立柱状，便于在地基中装设；③体积小，占用地基空间有限，避免影响到地基承载力和其他性能；④运动部件少，运行稳定可靠，使用寿命长；⑤制冷剂可在0℃以下运行，有效冻结地下水。

目前，蒸汽机械压缩制冷是最为成熟的制冷技术，以高品位电能驱动制冷循环，技术成熟，设备紧凑，可以制成大、中、小型，以适应不同场合的需要，制冷温度范围宽广，在普通制冷温度范围内具有较高的循环效率，在建筑环境调节和工业应用领域应用最为广泛。但是，由于线路工程距离长，沿线基础设施相对落后，尤其是电力供给困难，无法像建筑环境调节、工业应用、以及矿井、隧洞及地铁等工程的人工冻结施工法那样在有限面积场地内采用并网电力供应的压缩式制冷方式。