一种基于热管效应的加热型预制桩及施工方法技术

本发明专利技术公开了一种基于热管效应的加热型预制桩及施工方法，包括桩身和热管，所述热管外侧包裹有第一导热片，所述第一导热片中预设有温度传感器，所述热管顶部间隔设有多个第二导热片，第二导热片上安装有电阻，所述热管顶部还安装有阀门，所述第二导热片与阀门外侧罩有鼓风机，所述鼓风机、电阻和温度传感器与控制端连接；所述桩身设在热管外侧。本发明专利技术主要是利用热管效应进行地热的利用，首先将热管内注入定量的水，再利用真空泵降低热管内的气压，当气压减少到一定值时在地热的作用下水便会开始沸腾，水蒸汽向上移动至热管顶部，铜片将水蒸汽的热管吸收后，由鼓风机将热量带出，水蒸汽丧失热量变凝结成水，从而循环往复实现地热的利用。地热的利用。地热的利用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于热管效应的加热型预制桩及施工方法


[0001]本专利技术涉及一种预制桩及施工方法，尤其涉及一种基于热管效应的加热型预制桩及施工方法。

技术介绍

[0002]能量桩作为一种利用地热的环保新型桩，已被多位学者证实了其可行性。但是传统的能量桩将水作为传到地热的介质，需要将其注入管道，待受热之后再用水泵让其循环至地面，从而实现地热的利用，这一过程能耗较高，且液态水的导热效能较低。因此，目前需要一种导热效能高且无需水泵驱动的新型能量桩，实现地热的高效利用且无额外能耗。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术目的是提供了一种基于热管效应的加热型预制桩及施工方法，充分利用低压下水的沸点降低的特性，让水在地热作用下转化为水蒸汽，水蒸汽的热能将被传导到导热铜片，再利用鼓风机将热能输送到外界；利用水的液态和气态进行地热的传导，这一过程可以实现自动循环，无需额外机械做功，且液态和气态之间的热转化效率将远高于传统的液态水循环法。
[0004]技术方案：本专利技术包括桩身和热管，所述热管外侧包裹有第一导热片，所述第一导热片中预设有温度传感器，所述热管顶部间隔设有多个第二导热片，第二导热片上安装有电阻，所述热管顶部还安装有阀门，所述第二导热片与阀门外侧罩有鼓风机，所述鼓风机、电阻和温度传感器与控制端连接；所述桩身设在热管外侧。
[0005]所述第一导热片为导热硅胶片，并在导热硅胶片内预设温度传感器，所述温度传感器在水位线以下。
[0006]所述第二导热片采用导热铜片，所述电阻为热敏电阻。
[0007]所述阀门用于向热管内注入液体，所述阀门与真空泵连接，所述真空泵与控制端连接。
[0008]所述桩身底部设有桩尖，桩尖采用圆锥状。
[0009]所述桩身和桩尖采用混凝土制成，并通过真空法排出了混凝土内部空气，使混凝土桩身的孔隙减少，从而提高导热性。
[0010]所述热管采用导热性好的金属制成。
[0011]一种基于热管效应的加热型预制桩的施工方法，包括以下步骤：
[0012](1)成型热管；
[0013](2)在热管外部包裹导热硅胶片，并在硅胶片中放入温度传感器且预留线路，之后放入桩模具中；
[0014](3)搅拌好混凝土并通过真空法去除其中的空气后放入桩模具中，待养护完成后去除模具，制成带有热管的混凝土桩；
[0015](4)将桩送入土中后，在热管顶部设置数片导热铜片，并在导热铜片上放置热敏电
阻；
[0016](5)在上底面开孔放置阀门，通过热管顶部的阀门向内部注入含盐水，之后将阀门与真空泵连接；
[0017](6)在导热铜片和阀门外部放置鼓风机；
[0018](7)将鼓风机、真空泵、热敏电阻和温度传感器与控制端连接；
[0019](8)通过温度传感器获得土体的温度，再通过马格纳斯经验公式获得当前土体温度下水沸腾的气压；
[0020](9)通过控制端开启真空泵，将热管内的气压降低至目标气压；
[0021](10)当水开始沸腾后，水蒸汽上升至热管顶部时，其热能被导热铜片吸收，冷凝之后水蒸汽转化为液态水再掉落至热管底部，周而复始实现地热的利用；
[0022](11)当导热铜片吸收热能后，控制端检测到热敏电阻的阻值下降，打开鼓风机，将热能输送至外界。
[0023]有益效果：
[0024](1)本专利技术主要利用低压下水的沸点降低的特性，让水在地热作用下转化为水蒸汽，水蒸汽的热能被传导到导热铜片，再利用鼓风机将热能输送到外界，利用水的液态和气态进行地热的传导，这一过程可以实现自动循环，无需额外机械做功，且液态和气态之间的热转化效率将远高于传统的液态水循环法；
[0025](2)本专利技术利用铜片进行导热，其效率较高，实现地热的快速利用；
[0026](3)本专利技术利用热敏电阻的特性，当铜片温度升高时才打开鼓风机，这样可以保证当地热效应不明显时暂停鼓风机的工作，减少能耗，实现节约能源的目的；
[0027](4)本专利技术添加了软性导热硅胶片，保证了地热传导的同时，也可以避免热管的热胀冷缩对混凝土构件的影响；
[0028](5)本专利技术使用含盐水作为热量交换的媒介，盐离子可以作为凝结核使水蒸汽快速冷凝，加快地热交换的速率。
附图说明
[0029]图1为本专利技术的整体结构示意图；
[0030]图2为本专利技术的俯视图；
[0031]图3为本专利技术的剖面图。
具体实施方式
[0032]下面结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0033]如图1至图3所示，本专利技术包括桩身7和热管9，热管9采用导热性较好的金属制成，其长度为5
‑
10米，直径为0.5
‑
2米，厚度为10
‑
80mm，厚度主要根据热管的长度和直径设置，以避免热胀冷缩对其产生较大的形变。热管9的上下底面分别焊接有金属片，并保障热管9的气密性。热管9外侧包裹有导热硅胶片8，其厚度为3
‑
10mm，长度同热管9的长度。在导热硅胶片8中预设温度传感器10，其位置应靠近热管9底部，且需要在水位线以下，保证测量的是水的温度，温度传感器10的线路在导热硅胶片8中预留。
[0034]桩身7底部设有桩尖11，桩身7和桩尖11采用混凝土制成，根据实际工程选择配料
10
‑
20份C30以上标号的水泥，4
‑
8份天然河砂，2
‑
4份碎石，1
‑
3份火山灰，2
‑
3份高强度陶粒和5
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10份水。将其充分搅拌后利用真空法抽出混凝土中的空气，保障混凝土构件的导热性优越。
[0035]将热管9放入预制好的桩模具中，将混凝土倒入模具中，利用蒸压养护法养护20
‑
28天后拆除模具，成型带有热管9的混凝土桩。将桩送入地基后，在热管9顶部间隔焊接多个导热铜片5，导热铜片5的厚度为0.1
‑
2mm，长度和高度根据热管9的尺寸确定，间隔1
‑
3cm放置。导热铜片5上安装有热敏电阻4，并预留线路。热管9顶部还开有孔，用于放置阀门6，通过阀门6向热管9内注含盐水，含盐量为1％
‑
5％，其中的盐离子可以作为凝结核，使水蒸汽快速冷凝，注水量根据热管9尺寸确定。之后将阀门6与真空泵2连接，最后在热管9顶部罩设鼓风机3，鼓风机3罩在导热铜片5和阀门6外侧，鼓风机3、真空泵2、热敏电阻4和温度传感器10的线路均与控制端1连接，控制端1由windows系统、真空泵操作系统和热敏电阻检测系统构成。
[0036]一种基于热管效应的加热型预制桩的施工方法，包括以下步骤：
[0037](1)利用高温将金属熔化，再将液态金属倒入圆柱状的模具中，待冷却后取出，制成金属筒体；
[0038](2)制作两片金属圆片，并作为金属筒体的上下底面进行焊接，制成热管9；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于热管效应的加热型预制桩，其特征在于，包括桩身和热管，所述热管外侧包裹有第一导热片，所述第一导热片中预设有温度传感器，所述热管顶部间隔设有多个第二导热片，第二导热片上安装有电阻，所述热管顶部还安装有阀门，所述第二导热片与阀门外侧罩有鼓风机，所述鼓风机、电阻和温度传感器与控制端连接；所述桩身设在热管外侧。2.根据权利要求1所述的一种基于热管效应的加热型预制桩，其特征在于，所述第一导热片为导热硅胶片，并在导热硅胶片内预设温度传感器，所述温度传感器在水位线以下。3.根据权利要求1或2所述的一种基于热管效应的加热型预制桩，其特征在于，所述第二导热片采用导热铜片，所述电阻为热敏电阻。4.根据权利要求1所述的一种基于热管效应的加热型预制桩，其特征在于，所述阀门用于向热管内注入液体，所述阀门与真空泵连接，所述真空泵与控制端连接。5.根据权利要求1所述的一种基于热管效应的加热型预制桩，其特征在于，所述桩身底部设有桩尖。6.根据权利要求5所述的一种基于热管效应的加热型预制桩，其特征在于，所述桩身和桩尖采用混凝土制成，并通过真空法排出了混凝土内部空气。7.根据权利要求1所述的一种基于热管效应的加热型预制桩...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈育民，谢肖，李长春，郭军伟，周莹，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：