本发明专利技术适用于路基工程建设与维护技术领域，提供了一种针对路基冻胀的热管式太阳光热装置，包括光热转化管，光热转化管外套有光透射管，光热转化管和光透射管之间为真空腔，光热转化管两端分别连接第一接头和第二接头，第一接头上设有端盖使光热转化管的一端形成密封；散热管的一端连接第二接头与光热转化管导通，散热管的另一端设有锥形导向帽，光热转化管的内部和散热管的内部填充有第一传热介质；第一管壳位于光热转化管的内部，第二管壳通过支架固定在散热管的内部，第一管壳的一端和第二管壳的一端通过密封件连接，第一管壳和第二管壳内部导通，第一管壳和第二管壳内部灌注有第二传热介质，解决路基防冻胀措施效果不理想的问题。
【技术实现步骤摘要】
针对路基冻胀的热管式太阳光热装置及路基防冻胀方法
本专利技术属于路基工程建设与维护
，尤其涉及一种针对路基冻胀的热管式太阳光热装置及路基防冻胀方法。
技术介绍
季节性冻土区地表土体的一个重要特征是由于温度的季节性正、负交替变化而引起的冬冻春融现象。土体的冬冻春融现象实质上是土中水的固液相变过程，由于水在固相和液相时的密度不同，相同质量的水在固相时的体积比液相时大9％，土体在负温状态下随之出现膨胀现象。因此，在一些降水多、地下水丰富、土质密实和季节性温度差异大的地区，伴随地表一定深度范围内土体温度的季节性变化，还会出现地表的冻胀隆起和融化沉陷现象。当在上述地区进行工程建设时，由于地基冻胀融沉的自然属性，上部建筑物或构筑物会随之产生变形稳定性问题，甚至出现破坏现象。而且，就建筑物和构筑物本体而言，由于建筑材料的耐久性、孔隙性、蓄水性原因，其在自然环境的影响下，温度正、负变化的过程也会引起各类冻害。道路工程是基础设施完善程度的重要标志之一。其中，路基、桥梁和隧道是道路工程的三大重要组成部分。在季节性冻土区，与桥梁和隧道相比，路基具有一些独有的特殊性，第一，路基直接填筑在地表之上，相比桥梁更容易受到恶劣地层条件的影响，包括地下水、地基承载力等因素；第二，路基直接暴露在自然环境之中，相比隧道更容易受到恶劣自然环境条件的影响，包括大气降水、大气温度、太阳辐射等因素；第三，路基本体是由级配土体填筑而成的散体材料，由于土的孔隙性、多相性和自然变异性，更容易出现水分、温度的大幅度波动，以及材料的变形和伤损现象。概括言之，由于路基本体和环境条件的特殊性，寒区路基工程普遍面临冻胀的威胁。由于道路工程通行条件的重要性，路基的平顺性要求高，寒区路基的冻胀变形问题就显得非常重要。相应地，针对寒区路基冻胀病害，在路基建设和管养领域研究与采用了多类多种冻胀防治措施，包括：(1)地基处理和填料土质改良，具体有地基换填、填料改良土等。(2)填料和地基水分控制，具体有防、排、隔水结构。(3)填料和地基温度控制，具体有保温隔层、保温护坡等保温材料结构型式。上述措施主要在建设阶段进行实施，主要目的是预防冻胀的出现和降低冻胀变形量。局限性在于，一方面，不能严格控制冻胀现象的发生；另一方面，当路基出现冻胀现象时，缺乏快速消除冻胀的应急抢险措施。对于高速铁路的无砟轨道，由于采用混凝土、沥青混合料等整体基础取代了有砟轨道中的粗粒碎石道床，虽然长期稳定性好，但却使得无砟轨道适应下部结构沉降变形的能力大为下降，而且养护维修难度大。尤其当无砟轨道发生冻胀现象时，由于整体性好，反而不能像有砟轨道一样通过调整道床道砟高度来平衡路基的冻胀变形，所以急需一种更为有效和便捷的防冻胀措施。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种针对路基冻胀的热管式太阳光热装置，以解决现有技术中路基防冻胀措施效果不够理想的问题。为解决上述技术问题，本专利技术的第一实施例提供了一种针对路基冻胀的热管式太阳光热装置，包括用于将太阳能转化为热能的太阳能真空集热组件、用于传递热量的散热组件和用于促进热量由所述太阳能真空集热组件向所述散热组件传递热量的液芯型热管组件；所述太阳能真空集热组件包括光热转化管，所述光热转化管外套有光透射管，所述光热转化管的轴线和所述光透射管的轴线重合，所述光热转化管和所述光透射管之间为真空腔，所述光热转化管和所述光透射管的两端密封连接，所述光热转化管的两端分别连接第一接头和第二接头，所述第一接头上设有端盖使所述光热转化管的一端形成密封；所述散热组件包括散热管，所述散热管的一端连接所述第二接头与所述光热转化管导通，所述散热管的另一端设有锥形导向帽，所述光热转化管的内部和所述散热管的内部填充有第一传热介质，所述散热管的外壁设有散热翅片；所述液芯型热管组件包括第一管壳和第二管壳，所述第一管壳位于所述光热转化管的内部，所述第二管壳通过支架固定在所述散热管的内部，所述第一管壳的一端和所述第二管壳的一端通过密封件连接，所述第一管壳和所述第二管壳内部导通，所述第一管壳的另一端密封，所述第二管壳的另一端密封，所述第一管壳和所述第二管壳内部灌注有第二传热介质。进一步地，所述第一管壳的内壁和所述第二管壳的内壁设有吸液芯。进一步地，所述吸液芯通过钢丝网紧贴在所述第一管壳的内壁和所述第二管壳的内壁。进一步地，所述光热转化管为外壁镀有太阳能选择性吸收膜的金属管。进一步地，光透射管为外壁镀有增透膜的玻璃管。进一步地，所述第一接头和所述第二接头均为变形补偿器，所述变形补偿器包括能够在轴向发生相对运动的内套筒和外套筒，所述内套筒和所述光热转化管连接，所述外套筒和所述光透射管连接。进一步地，所述第一管壳和第二管壳的内部导通空间为负压环境。进一步地，所述真空腔内设有蒸散型吸气剂。进一步地，所述散热管的一端通过异径型螺纹连接器与所述第二接头连接，所述异径型螺纹连接器设有两个内径不同的螺纹管道，所述散热管的一端连接所述异径型螺纹连接器的一个螺纹管道，所述第二接头连接所述异径型螺纹连接器的另一个螺纹管道。本专利技术的第二实施例提供了一种路基防冻胀方法，包括：确定季节性冻土区存在冻胀病害路基的最大冻结深度；计算防治冻胀路基所需的供热量和热负荷；确定针对路基冻胀的热管式太阳光热装置的供热容量；确定针对路基冻胀的热管式太阳光热装置的几何型式和布设方案；制作针对路基冻胀的热管式太阳光热装置；对路基进行钻孔，安装针对路基冻胀的热管式太阳光热装置。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：(1)相比既有的路基填料土质改良、水分控制和被动保温等防冻胀措施，本装置可以从路基体温度这一角度入手，更为积极地调控路基的温度变化。尤其是，可以在全年中有太阳辐射的条件下，时刻地搜集、转化与传递热量，相比路基在天然条件下的热量收支状态，可以主动地提高路基的热输入量，由此提高路基全年的平均温度水平。一方面，利用夏季的高辐射量条件，大幅度地增加热输入量，由此提高路基在入冬时的温度水平，提高抗冻胀能力。另一方面，在冬季太阳辐射条件良好的条件下，也可以实时地输入热量，补偿路基的过度热量损失，由此综合地将路基温度保持在冰点温度以上，即可消除冻胀现象。相比既有防冻胀措施，本装置可以更进一步地防治冻胀发生。(2)本装置的防冻胀效果来源为太阳能，太阳能是分布最为广泛、储量最为丰富的一类可再生热能。存在冻胀病害的路基一般位于北部纬度高和海拔高的地区，在这些地区恰恰是太阳能分布较为丰富的地区，因此太阳能面向路基冻胀问题具有区域分布上的资源性条件。同时，路基工程一般位于地势相对平坦的位置，太阳照射条件良好，便于取用。(3)本装置可以自主地实现太阳辐射能的光热转化、热量储存和路基供热等一系列工作程序，自成一体化、自驱化的完整供热装置。尤其是，装置实用化程度高，人为操控需求低，可以长时间的无人值守，适合应用在环境恶劣、人工值守不便的长距离路基工程中。(4)本装置部件组成与型式简洁，一方面，装置结构紧凑，整体强度高，稳定性好，适合应用于路基震动工况。另一方面，功能部件为立式柱状，布设位置、间距、角度及几何尺寸等设计方案可以灵活调整。尤其是，便于以长距离连续分布的点式布设方案，适合应用于路基分散式和大深度的冻胀分布特征。(5)本装置采用的液芯型热管组件内部填本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种针对路基冻胀的热管式太阳光热装置，其特征在于，包括用于将太阳能转化为热能的太阳能真空集热组件、用于传递热量的散热组件和用于促进热量由所述太阳能真空集热组件向所述散热组件传递热量的液芯型热管组件；所述太阳能真空集热组件包括光热转化管，所述光热转化管外套有光透射管，所述光热转化管的轴线和所述光透射管的轴线重合，所述光热转化管和所述光透射管之间为真空腔，所述光热转化管和所述光透射管的两端密封连接，所述光热转化管的两端分别连接第一接头和第二接头，所述第一接头上设有端盖使所述光热转化管的一端形成密封；所述散热组件包括散热管，所述散热管的一端连接所述第二接头与所述光热转化管导通，所述散热管的另一端设有锥形导向帽，所述光热转化管的内部和所述散热管的内部填充有第一传热介质，所述散热管的外壁设有散热翅片；所述液芯型热管组件包括第一管壳和第二管壳，所述第一管壳位于所述光热转化管的内部，所述第二管壳通过支架固定在所述散热管的内部，所述第一管壳的一端和所述第二管壳的一端通过密封件连接，所述第一管壳和所述第二管壳内部导通，所述第一管壳的另一端密封，所述第二管壳的另一端密封，所述第一管壳和所述第二管壳内部灌注有第二传热介质。...
【技术特征摘要】
1.一种针对路基冻胀的热管式太阳光热装置，其特征在于，包括用于将太阳能转化为热能的太阳能真空集热组件、用于传递热量的散热组件和用于促进热量由所述太阳能真空集热组件向所述散热组件传递热量的液芯型热管组件；所述太阳能真空集热组件包括光热转化管，所述光热转化管外套有光透射管，所述光热转化管的轴线和所述光透射管的轴线重合，所述光热转化管和所述光透射管之间为真空腔，所述光热转化管和所述光透射管的两端密封连接，所述光热转化管的两端分别连接第一接头和第二接头，所述第一接头上设有端盖使所述光热转化管的一端形成密封；所述散热组件包括散热管，所述散热管的一端连接所述第二接头与所述光热转化管导通，所述散热管的另一端设有锥形导向帽，所述光热转化管的内部和所述散热管的内部填充有第一传热介质，所述散热管的外壁设有散热翅片；所述液芯型热管组件包括第一管壳和第二管壳，所述第一管壳位于所述光热转化管的内部，所述第二管壳通过支架固定在所述散热管的内部，所述第一管壳的一端和所述第二管壳的一端通过密封件连接，所述第一管壳和所述第二管壳内部导通，所述第一管壳的另一端密封，所述第二管壳的另一端密封，所述第一管壳和所述第二管壳内部灌注有第二传热介质。2.根据权利要求1所述的针对路基冻胀的热管式太阳光热装置，其特征在于，所述第一管壳的内壁和所述第二管壳的内壁设有吸液芯。3.根据权利要求2所述的针对路基冻胀的热管式太阳光热装置，其特征在于，所述吸液芯通过钢丝网紧贴在所述第一管壳的内壁和所述第二管壳的内壁。4.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡田飞，王天亮，何亚梦，卢玉婷，刘建勇，冯卓鑫，尹赵爱，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：河北,13
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