CN115247900A - 一种用于phc管桩抗冻拔的供热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冻土建筑施工技术领域，具体涉及一种用于PHC管桩抗冻拔的供热装置，由若干个真空管集热器组成，集热器包括外玻璃管、内玻璃管、相变材料、热管、金属吸热板、防水层和保温层；热管依次由热管蒸发段、热管绝热段和热管冷凝段组成，热管内壁设有吸液芯，内玻璃管的外壁设有高温选择性吸收膜，内外玻璃管的环腔顶部设有吸气剂，外玻璃管底部安装波纹膨胀节后，内外玻璃管的环腔抽真空；热管蒸发段的外壁设有金属吸热板，热管蒸发段和内玻璃管的环腔内填充有相变材料；防水层铺设于地表以上，保温层平铺于地表以下。充分利用太阳能资源，不需要其他动力元件，满足冬季严寒地区PHC管桩抗冻拔的要求，可在冬季严寒地区推广普及。
Description
技术领域
本发明属于冻土建筑施工技术领域，具体涉及一种用于PHC管桩抗冻拔的供热装置。
背景技术
在光伏发电系统中，一般采用PHC管桩作为光伏组件支架。然而，大庆地区冬季寒冷漫长，土壤温度过低并且水位线位于地表以上，水进入土壤后使温度更低导致土壤冻结，使得PHC管桩由于冻拔而出现上升、倾斜，从而影响光伏发电效率。
由于管桩冻拔危害严重，需采取针对性的抗冻拔措施，常用措施包括：改变桩体自身结构，将圆柱状桩端改为锥形桩端，增加桩体上拔阻力；增加附加结构，在桩身外侧安装锚固装置，增加桩体的抗拔力；置换桩体周围土质结构，将冻土置换成弱冻胀性土。上述措施均取得了一定的效果，但存在着成本高、施工难度大、难以广泛应用等弊端。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种用于PHC管桩抗冻拔的供热装置，利用真空管集热器吸收太阳光并将其转化为热能，通过热管实现热量转移，达成土壤加热增温目的。真空管集热器内填充相变材料，白天温度较高时相变材料熔化储能，夜晚环境温度较低时相变材料凝固放热，可实现全天候土壤供热，提高冻土层土壤温度，避免PHC管桩因冻拔出现上升、倾斜等现象，影响其使用效果。
本发明采用的技术方案为：一种用于PHC管桩抗冻拔的供热装置，供热装置由若干个真空管集热器组成，所述真空管集热器包括外玻璃管、内玻璃管、相变材料、热管、金属吸热板、防水层和保温层；所述热管依次由热管蒸发段、热管绝热段和热管冷凝段组成，热管内壁设有吸液芯，热管蒸发段位于地表以上，热管冷凝段埋于土壤冻土层内，热管蒸发段设置于内玻璃管中，内玻璃管设置于外玻璃管内，并通过弹簧卡子支撑，内玻璃管的外壁设有高温选择性吸收膜，内玻璃管和外玻璃管的环腔顶部设有吸气剂，外玻璃管底部安装波纹膨胀节后，内玻璃管和外玻璃管的环腔抽真空；所述热管蒸发段的外壁设有金属吸热板，热管蒸发段和内玻璃管的环腔内填充有相变材料；所述防水层铺设于地表以上，所述保温层平铺于防水层下方的地表以下，所述热管穿过防水层和保温层。
进一步的，所述真空管集热器的数量为6个，其圆周均布地布设在PHC管桩的外围。
进一步的，所述真空管集热器的热管蒸发段、热管绝热段和热管冷凝段的长度比例为2:1:2。
进一步的，所述相变材料为石蜡，其熔点为2-5℃。
进一步的，所述石蜡的熔点为3.5℃。
进一步的，所述保温层的保温材料为聚氨酯保温板，其厚度为40mm，围绕PHC管桩覆盖铺设，其铺设面积根据PHC管桩热负荷进行调整。
进一步的，所述防水层的防水材料为橡胶塑料类防水材料，其厚度为20mm，围绕PHC管桩覆盖铺设，其铺设面积与保温材料相同。
本发明的有益效果：提供了一种用于PHC管桩抗冻拔的供热装置，利用真空管集热器吸收太阳光并将其转化为热能。真空管集热器内填充相变材料，白天温度较高时相变材料熔化储能，夜晚环境温度较低时相变材料凝固放热，可实现全天候土壤供热。充分利用太阳能资源，不需要其他动力元件，满足冬季严寒地区PHC管桩抗冻拔的要求，可在冬季严寒地区推广普及。其主要优点如下：
(1)、真空管集热器吸收太阳光将其转化为热能，热管蒸发段吸收热量传递到冷凝段，冷凝段放出热量对土壤进行加热，提高冻土层土壤温度，从而避免PHC管桩因冻拔而出现上升、倾斜；
(2)、真空管集热器内填充相变材料，白天温度较高时，相变材料吸收热量熔化储能，夜晚环境温度较低时，相变材料凝固放热用于热管蒸发段吸热，通过冷凝段放热实现持续加热冻土层土壤。本装置可改善太阳能利用过程中不稳定现象，提高真空管集热器热效率。
(3)、本装置在地表上铺设防水材料阻止雨雪进入土壤，降低土壤含水率，避免土壤冻结；地表下铺设保温材料阻止土壤热量散失，保证土壤热量留存；
(4)、本装置结构形式简单，充分利用太阳能资源，不需要其他动力元件，可自主实现热量的收集与利用，且施工方便，不易发生故障，稳定性好，可在无人看守的野外地区运行。
附图说明
图1是实施例一的结构示意图；
图2是实施例一中热管的俯视结构示意图；
图3是实施例一中真空管集热器的安装示意图；
图4是实施例一中真空管集热器的分布示意图。
具体实施方式
实施例一
参照各图，一种用于PHC管桩抗冻拔的供热装置，供热装置由若干个真空管集热器组成，所述真空管集热器包括外玻璃管2、内玻璃管4、相变材料5、热管6、金属吸热板7、防水层12和保温层13；所述热管6依次由热管蒸发段 14、热管绝热段15和热管冷凝段16组成，热管6内壁设有吸液芯10，热管蒸发段14位于地表以上，热管冷凝段16埋于土壤冻土层内，热管蒸发段14设置于内玻璃管4中，内玻璃管4设置于外玻璃管2内，并通过弹簧卡子3支撑，内玻璃管4的外壁设有高温选择性吸收膜8，内玻璃管4和外玻璃管2的环腔顶部设有吸气剂11，外玻璃管2底部安装波纹膨胀节9后，内玻璃管4和外玻璃管2的环腔抽真空；所述热管蒸发段14的外壁设有金属吸热板7，热管蒸发段14和内玻璃管4的环腔内填充有相变材料5；所述防水层12铺设于地表以上，所述保温层13平铺于防水层12下方的地表以下，所述热管6穿过防水层 12和保温层13。
所述真空管集热器的数量为6个，其圆周均布地布设在PHC管桩1的外围；所述真空管集热器的热管蒸发段14、热管绝热段15和热管冷凝段16的长度比例为2:1:2；所述石蜡的熔点为3.5℃；所述保温层13的保温材料为聚氨酯保温板，其厚度为40mm；所述防水层12的防水材料为橡胶塑料，其厚度为20 mm。
白天太阳光透过外玻璃管，照射在内玻璃管的高温选择性吸收膜上，吸收太阳光将其转化为热能，内玻璃管用弹簧卡子支撑于外玻璃管，集热器底端安装波纹膨胀节进行密封处理，减小热胀冷缩的破坏，两个玻璃管之间抽取真空，吸气剂位于真空腔顶端，保持两个玻璃管之间的真空度，减小向环境散热量。热管蒸发段外壁设有金属吸热板，热量通过金属吸热板快速传递到热管蒸发段，热管蒸发段内的工质受热汽化，其蒸汽压力高于热管冷凝段，工质在压差驱动下流向热管冷凝段，冷凝成液体放出热量用于土壤加热，热管冷凝段埋在标准冻土层，长度为1800mm，热管绝热段和热管冷凝段表面做防腐处理，真空管集热器中热管直径、长度分别为20mm和4500mm，且内壁均设有吸液芯，热管冷凝段中的工质在毛细力的作用下流回到热管蒸发段，循环往复工作。内玻璃管与热管蒸发段之间填充的石蜡，白天经太阳光照射后，石蜡吸收热量熔化储能，夜晚环境温度较低时，石蜡凝固放出热量，用于热管蒸发段吸收热量，冷凝段放出热量实现持续加热冻土层土壤。
真空管集热器总长度为4800mm，6个真空管集热器围绕PHC管桩成旋转对称布置，真空管集热器之间的间距相等，其与管桩的距离为200mm，可保证管桩周围冻土层土壤均匀受热。地表土层挖槽后，将厚度为40mm的聚氨酯保温板覆盖平铺PHC管桩周围，厚度为20mm的橡胶塑料类防水材料覆盖平铺在地表上方。防水材料和保温材料均围绕管桩在1000mm内铺设。装置在安装前，需对PHC管桩周围土壤进行钻孔，将装置放置于孔内后回填土壤，确保装置与土壤充分接触，保证传热效果。
真空管集热器吸收太阳光并将其转化为热能，热管蒸发段吸收热量后传递到冷凝段，冷凝段放出热量对土壤加热。真空管集热器内填充相变材料，白天相变材料接受太阳辐射熔化储能，夜晚温度较低时，相变材料凝固放出热量用于热管蒸发段吸热，通过冷凝段放热实现持续加热冻土层土壤。地表铺设防水材料，避免雨雪进入土壤，地表下铺设保温材料，保证土壤热量留存，避免PHC 管桩因冻拔出现上升、倾斜等现象，影响其使用效果。具有结构简单、施工方便、不需要采用其他动力元件等优点。
Claims (7)
1.一种用于PHC管桩抗冻拔的供热装置，其特征在于：供热装置由若干个真空管集热器组成，所述真空管集热器包括外玻璃管（2）、内玻璃管（4）、相变材料（5）、热管（6）、金属吸热板（7）、防水层（12）和保温层（13）；所述热管（6）依次由热管蒸发段（14）、热管绝热段（15）和热管冷凝段（16）组成，热管（6）内壁设有吸液芯（10），热管蒸发段（14）位于地表以上，热管冷凝段（16）埋于土壤冻土层内，热管蒸发段（14）设置于内玻璃管（4）中，内玻璃管（4）设置于外玻璃管（2）内，并通过弹簧卡子（3）支撑，内玻璃管（4）的外壁设有高温选择性吸收膜（8），内玻璃管（4）和外玻璃管（2）的环腔顶部设有吸气剂（11），外玻璃管（2）底部安装波纹膨胀节（9）后，内玻璃管（4）和外玻璃管（2）的环腔抽真空；所述热管蒸发段（14）的外壁设有金属吸热板（7），热管蒸发段（14）和内玻璃管（4）的环腔内填充有相变材料（5）；所述防水层（12）铺设于地表以上，所述保温层（13）平铺于防水层（12）下方的地表以下，所述热管（6）穿过防水层（12）和保温层（13）。
2.根据权利要求1所述的一种用于PHC管桩抗冻拔的供热装置，其特征在于：所述真空管集热器的数量为6个，其圆周均布地布设在PHC管桩（1）的外围。
3.根据权利要求2所述的一种用于PHC管桩抗冻拔的供热装置，其特征在于：所述真空管集热器的热管蒸发段（14）、热管绝热段（15）和热管冷凝段（16）的长度比例为2:1:2。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于PHC管桩抗冻拔的供热装置，其特征在于：所述相变材料（5）为石蜡，其熔点为2-5 ºC。
5.根据权利要求4所述的一种用于PHC管桩抗冻拔的供热装置，其特征在于：所述石蜡的熔点为3.5 ºC。
6.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于PHC管桩抗冻拔的供热装置，其特征在于：所述保温层（13）的保温材料为聚氨酯保温板，其厚度为40 mm。
7.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于PHC管桩抗冻拔的供热装置，其特征在于：所述防水层（12）的防水材料为橡胶塑料，其厚度为20 mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Fu Haipeng Inventor after: Fu Shibo Inventor after: Li Dong Inventor after: Wu Yangyang Inventor after: Yu Fangzhou Inventor after: Hu Xiao Inventor after: Zhao Xuefeng Inventor after: Pang Zhiqing Inventor after: Meng Lan Inventor after: Jiang Wei Inventor before: Fu Haipeng Inventor before: Fu Shibo Inventor before: Li Dong Inventor before: Wu Yangyang Inventor before: Yu Fangzhou Inventor before: Hu Xiao Inventor before: Zhao Xuefeng Inventor before: Pang Zhiqing Inventor before: Meng Lan Inventor before: Jiang Wei |
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| CB03 | Change of inventor or designer information |