САМОЦИРКУЛЯЦИОННОЕ ПРЕДОТВРАЩАЮЩЕЕ ПУЧЕНИЕ ПРИ ЗАМЕРЗАНИИ ТЕПЛОСБОРНОЕ УСТРОЙСТВО И ЕГО ГРУНТОВОЕ ОСНОВАНИЕ Российский патент 2022 года по МПК E02D31/14 

ОПИСАНИЕ

Перекрестная ссылка на родственную заявку

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет заявки на патент КНР №202110320407.2, поданной 25 марта 2021 года, которая включена в настоящий документ посредством ссылки для всех целей, как если бы она полностью содержалась в настоящем документе.

Область техники настоящего изобретения

[0002] Настоящее изобретение относится к самоциркуляционному предотвращающему пучение при замерзании теплосборному устройству и к его грунтовому основанию.

Уровень техники настоящего изобретения

[0003] Площадь территории сезонного промерзания грунта в КНР составляет приблизительно 5,137 миллионов квадратных километров, что составляет 53,5% площади территории государства. Состояние грунта сезонного промерзания зависит от времени года, и такой грунт замерзает в зимнее время и полностью оттаивает в летнее время. Когда слой сезонного промерзания и слой сезонного оттаивания оттаивают в летнее время, вследствие неравномерного распределения ледяных слоев и ледяных линз, важная причина, по которой разнообразные строения деформируются и разрушаются, представляет собой дифференциальное оседание образовавшихся слоев грунта. Характеристики пучения при замерзании и разрушения при оттаивании грунта сезонного промерзания оказывают значительное воздействие на инженерные конструкции. Таким образом, в инженерных конструкциях или проектах на территории сезонного промерзания грунта необходимо обращать особое внимание на воздействие сезонного промерзания грунта на инженерные конструкции и соответствующие профилактические меры. Что касается грунтового основания, формы неисправностей грунтового основания представляют собой, главным образом, пучение при замерзании, оседание при оттаивании, перекачивание ила и т.п.

[0004] В последнее время, вследствие непрерывного увеличения осадков на Цинхай-Тибетском нагорье, увеличивается количество грунтовых вод и повышается уровень грунтовых вод, а также становится более интенсивным изменение климата и окружающей среды, происходит дальнейшее увеличение инженерных неисправностей при замерзании и оттаивании на этой территории, в результате чего производится значительное воздействие на долгосрочную устойчивость грунтового основания. Несмотря на предшествующее исследование неисправностей грунтового основания под инженерными конструкциями на территориях сезонного промерзания, это исследование сосредоточено, главным образом, на таких вопросах, как влияние и воздействие микропучения при замерзании грунтового основания инженерных конструкций в условиях эксплуатации оборудования или высокоскоростных железных дорог в таких районах, как северо-восточный и северо-западный. Однако до настоящего времени отсутствует исследование характеристик развития и закономерностей распределения неисправностей инженерных конструкций в особых условиях замерзания и оттаивания, таких как высокий уровень воды, крупнозернистый заполнитель и сильное замерзание и оттаивание на участке Синин-Голмуд Цинхай-Тибетской железной дороги. Применение таких способов, как замена грунтового основания, оборудование дренажной системы строений для уменьшения содержания воды в грунтовом основании, способ теплоизоляции с применением стабилизации грунта неорганическим связующим веществом, искусственное засоление грунтового основания, химическое цементирование и водонепроницаемая завеса в общих областях, оказывается затруднительным для выполнения фактических инженерных требований в таких областях вследствие ограничений инженерных условий, таких как нормальное движение поездов без прерывания строительства, а также трещин в положениях размещения и чрезвычайной сложности общей герметизации в нижней части грунтового основания, находящейся под воздействием замерзания и оттаивания грунта. Поскольку предшествующее исследование инженерных мер для устранения таких инженерных неисправностей является недостаточным, инженерные проблемы воздействуют на устойчивость и безопасность эксплуатации грунтового основания в течение продолжительного времени.

Краткое раскрытие настоящего изобретения

[0005] Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить самоциркуляционное предотвращающее пучение при замерзании теплосборное устройство и его грунтовое основание, которые, благодаря использованию преимущества солнечных энергетических ресурсов, способны обеспечивать сбалансированное и равномерное нагревание грунтового основания посредством равномерного повышения температуры грунта в области грунтового основания и целевого регулирования склонных к пучению при замерзании положений в грунтовом основании, в результате чего эффективно предотвращаются инженерные неисправности, такие как пучение при замерзании и неравномерная волнистость грунтового основания на территории сезонного промерзания грунта.

[0006] Согласно первому аспекту настоящее изобретение предложено самоциркуляционное предотвращающее пучение при замерзании теплосборное устройство, содержащее поглощающую солнечное тепло камеру, циркуляционный энергетический блок, теплосборную трубу и циркуляционную трубу, причем поглощающая солнечное тепло камера, циркуляционный энергетический блок и теплосборная труба последовательно соединены от впуска к выпуску через циркуляционную трубу с образованием циркуляционного контура, который заполняет циркулирующая рабочая среда, при этом поглощающая солнечное тепло камера поглощает солнечную энергию и нагревает циркулирующую рабочую среду, и теплосборная труба вставлена в грунтовое основание и передает тепло циркулирующей рабочей среды внутрь грунтового основания.

[0007] Таким образом, в условиях солнечного света в дневное время, поглощающая солнечное тепло камера поглощает солнечное излучение и преобразует его во внутреннюю тепловую энергию для нагревания циркулирующей рабочей среды, циркуляционный энергетический блок заставляет нагретую циркулирующую рабочую среду течь и передавать тепло и нагревает грунт вокруг теплосборной трубы посредством непрерывного высвобождения тепла теплосборной трубы внутри грунтового основания, таким образом, что грунтовое основание всегда находится в процессе чистого поглощения тепла и непрерывного накопления внутреннего тепла, что обеспечивает сбор тепла внутри грунтового основания и состояние, в котором всегда поддерживается положительная температура, и достигаются цели предотвращения и устранения инженерных неисправностей, таких как замерзание материала грунтового основания и пучение при замерзании грунтового основания.

[0008] Поглощающая солнечное тепло камера может содержать:

оболочку;

поглощающую солнечное тепло панель, установленную внутри оболочки;

прозрачную покровную плиту, установленную поверх оболочки; и

регулирующие излучение панели, установленные на прозрачной покровной плите и расположенные над поглощающей солнечное тепло панелью, причем регулирующие излучение панели изготовлены из солнцезащитного материала и выполнены с возможностью частичной защиты поглощающей солнечное тепло панели от облучения солнечным светом.

[0009] Таким образом, оболочка, прозрачная покровная плита и регулирующие излучение панели могут предотвращать попадание песка и камней и защищать поглощающую солнечное тепло панель от повреждения. Наиболее важно, что случае избыточного солнечного света в летнее время регулирующие излучение панели могут обеспечивать частичную защиту поглощающей солнечное тепло панели от облучения солнечным светом, и в результате этого предотвращается чрезмерное повышение температуры и давления в поглощающей солнечное тепло камере и циркуляционной трубе, повышается устойчивость, и увеличивается продолжительность эксплуатации устройства.

[0010] Регулирующие излучение панели могут быть параллельными по отношению к солнечным лучам в зимнее время на данной территории.

[0011] Таким образом, регулирующие излучение панели экранируют меньшее количество солнечного света в зимнее время и при этом экранируют максимальное количество солнечного света в летнее время, таким образом, что во все времена года может быть соответствующим солнечное излучение, принимаемое поглощающей солнечное тепло панелью, и в результате этого повышается устойчивость, и увеличивается продолжительность эксплуатации устройства.

[0012] Регулирующие излучение панели могут быть установлены на наружной стороне прозрачной покровной плиты, и один конец регулирующих излучение панелей вблизи прозрачной покровной плиты может содержать водосточный паз.

[0013] Таким образом, в дождливую погоду, вода на прозрачной покровной плите может стекать через водосточный паз на регулирующей излучение панели, и в результате этого предотвращается накопление воды на прозрачной покровной плите.

[0014] Регулирующие излучение панели могут быть установлены на внутренней стороне прозрачной покровной плиты.

[0015] Таким образом, прозрачная покровная плита и оболочка могут своим действием защищать регулирующую излучение панель.

[0016] Теплосборная труба может содержать:

наружную трубу;

жидкостную впускную трубу в сообщении с наружной стороной наружной трубы и одним концом циркуляционной трубы; и

жидкостную выпускную трубу, имеющую один конец, вставленный внутрь наружной трубы и содержащий отверстие в сообщении с наружной трубой, и другой конец, выходящий из наружной трубы и находящийся в сообщении с другим концом циркуляционной трубы.

[0017] Таким образом, высвобождающий тепло проточный канал циркулирующей рабочей среды образуется между наружной трубой и жидкостной выпускной трубой, и циркулирующая рабочая среда рассеивает тепло в высвобождающем тепло проточном канале. Высвобождающий тепло проточный канал имеет большую длину, и теплопередающая среда представляет собой только трубчатые стенки наружной трубы, в результате чего эффективность теплопередачи является высокой.

[0018] Циркуляционный энергетический блок может содержать солнечную фотоэлектрическую панель, контроллер и циркуляционный насос в последовательном электрическом соединении. Солнечная фотоэлектрическая панель может быть выполнена с возможностью поглощения солнечной энергии для производства электроэнергии и энергопитания циркуляционного насоса, и контроллер может быть выполнен с возможностью управления таким образом, что продолжительность работы циркуляционного насоса.

[0019] Таким образом, циркуляционный энергетический блок приводится в действие непосредственно солнечной фотоэлектрической панелью без внешнего источника энергии.

[0020] Согласно второму аспекту настоящее изобретение предложено самоциркуляционное предотвращающее пучение при замерзании теплосборное грунтовое основание, содержащее грунтовое основание и самоциркуляционное предотвращающее пучение при замерзании теплосборное устройство согласно любому из предшествующих вариантов осуществления, в котором поглощающая солнечное тепло камера установлена снаружи грунтового основания, и теплосборная труба вставлена внутрь грунтового основания.

[0021] Самоциркуляционное предотвращающее пучение при замерзании теплосборное грунтовое основание может дополнительно содержать слой теплозащитного материала расположенный на склоне грунтового основания.

[0022] Таким образом, в условиях солнечного света в дневное время, поглощающая солнечное тепло камера поглощает солнечное излучение и преобразует его во внутреннюю тепловую энергию для нагревания циркулирующей рабочей среды, циркуляционный энергетический блок заставляет нагретую циркулирующую рабочую среду течь и передавать тепло, и теплосборная труба нагревает грунт вокруг себя посредством непрерывного высвобождения тепла теплосборной трубы внутри грунтового основания. В условиях отсутствия солнечного излучения в ночное время система полностью прекращает работу, и в то же время слой теплозащитного материала на наружной стороне грунтового основания эффективно предотвращает значительные потери тепла внутри грунтового основания. Соответственно, в процессе дневной и ночной циркуляции и теплопереноса, грунтовое основание всегда находится в процессе чистого поглощения тепла и непрерывного внутреннего накопления тепла, достигая состояния, в котором собирается тепло, и всегда поддерживается положительная температура внутри грунтового основания, и в результате этого достигается цель предотвращения и устранения инженерных неисправностей, таких как замерзание материала и пучение при замерзании грунтового основания.

Краткое описание чертежей

[0023] Чтобы четко разъяснить техническое решение согласно варианту осуществления настоящего изобретения, далее в настоящем документе просто представлены желательные сопровождающие фигуры согласно варианту осуществления. Необходимо понимать, что далее в настоящем документе фигуры только иллюстрируют некоторые примеры настоящего изобретения, в результате чего их не следует рассматривать в качестве определения его объема. Как понимают обычные специалисты в данной области техники, без необходимости осуществления творческой работы, на основании указанных фигур также могут быть получены другие соответствующие фигуры.

[0024] На фиг. 1 представлена конструкционная диаграмма первого самоциркуляционного предотвращающего пучение при замерзании теплосборного грунтового основания согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

[0025] На фиг. 2 представлено изображение спереди самоциркуляционного предотвращающего пучение при замерзании теплосборного устройства.

[0026] На фиг. 3 представлено изображение в разрезе теплосборной трубы.

[0027] На фиг. 4 представлено изображение в разрезе первой поглощающей солнечное тепло камеры.

[0028] На фиг. 5 представлено изображение сверху первой поглощающей солнечное тепло камеры.

[0029] На фиг. 6 представлена конструкционная диаграмма регулирующих излучение панелей, проиллюстрированных на фиг. 5.

[0030] На фиг. 7 представлена схематическая диаграмма первой поглощающей солнечное тепло камеры при эксплуатации в зимнее время.

[0031] На фиг. 8 представлена схематическая диаграмма первой поглощающей солнечное тепло камеры при эксплуатации в летнее время.

[0032] На фиг. 9 представлено изображение в разрезе второй поглощающей солнечное тепло камеры.

[0033] На фиг. 10 представлено изображение сверху второй поглощающей солнечное тепло камеры.

[0034] На фиг. 11 представлена схематическая диаграмма изготовления циркуляционного энергетического блока.

[0035] На фиг. 12 представлена конструкционная диаграмма второго самоциркуляционного предотвращающего пучение при замерзании теплосборного грунтового основания согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

[0036] На фиг. 13 представлена конструкционная диаграмма третьего самоциркуляционного предотвращающего пучение при замерзании теплосборного грунтового основания согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

[0037] На фиг. 14 представлена схематическая диаграмма поля температуры грунта по результатам модельного вычисления после укладки грунтового основания с теплосборными трубами в течение тридцати суток.

Подробное раскрытие предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения

[0038] Чтобы сделать более понятными задачи, технические решения и преимущества вариантов осуществления настоящего изобретения, далее в настоящем документе техническое решение согласно вариантам осуществления настоящего изобретения четко и полностью описано со ссылкой на фигуры в вариантах осуществления настоящего изобретения. Очевидно, что описанные варианты осуществления представляют собой некоторые из вариантов осуществления настоящего изобретения, но не все варианты осуществления. Как правило, компоненты согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, которые описаны и проиллюстрированы на фигурах, могут быть расположены и спроектированы в разнообразных конфигурациях.

[0039] Таким образом, подробные описания вариантов осуществления настоящего изобретения, которые представлены на фигурах, приведены не в целях ограничения объема правовой охраны настоящего изобретения, но представляют собой лишь выбранные варианты осуществления настоящего изобретения. На основании вариантов осуществления настоящего изобретения, при условии неосуществления творческой работы, все другие варианты осуществления, получаемые обычными специалистами в данной области техники, принадлежат к объему правовой охраны настоящего изобретения.

[0040] Следует отметить, что аналогичные условные номера и буквы представляют аналогичные предметы на фигурах, в результате чего после того, как один предмет определен на одной фигуре, становится необязательным приведение дополнительного определения и разъяснения на последующих фигурах.

[0041] Следует отметить, что если в описании настоящего изобретения ориентации или относительные положения, обозначенные терминами «вверх», «вниз», «внутрь» и «наружу», представляют собой ориентации или относительные положения, которые проиллюстрированы на основании фигур, или обычно присутствующие ориентации или относительные положения в случае применения изделий согласно настоящему изобретению, причем они представлены исключительно для того, чтобы упрощать описание настоящее изобретение, и в упрощенном описании не предусмотрено и не предложено, что устройства или элементы должны иметь конкретную ориентацию и быть сконструированными для эксплуатации в конкретной ориентации, в результате чего настоящее изобретение не ограничено таким описанием.

[0042] Следует отметить, что в случае отсутствия противоречия признаки согласно вариантам осуществления настоящего изобретения могут быть объединены.

[0043] Вариант осуществления настоящего изобретения предложен исключительно для решения основной научной задачи пучения при замерзании грунтового основания, исходя из выражения «температура грунтового основания», включая три обязательных фактора «вода», «грунт» и «температура», чтобы получить пучение при замерзании грунтового основания и в результате этого достижение целей регулирования температуры и предотвращения пучения при замерзании грунтового основания с применением устройства, предложенного согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0044] Как представлено на фиг. 1, согласно данному варианту осуществления предложено самоциркуляционное предотвращающее пучение при замерзании теплосборное грунтовое основание 1, содержащее грунтовое основание 2, слой 3 теплозащитного материала и самоциркуляционные предотвращающие пучение при замерзании теплосборные устройства 4. Самоциркуляционные предотвращающие пучение при замерзании теплосборные устройства 4 установлены на одной стороне солнечного склона или на одной стороне теневого склона грунтового основания 2.

[0045] Слой 3 теплозащитного материала, который расположенный на склоне грунтового основания 2, может покрывать весь склон грунтового основания 2, и при этом он прикреплен с применением анкерный стержень 9. Согласно другим вариантам осуществления слой 3 теплозащитного материала также может быть уплотнен и прикреплен посредством нанесения тонкого слоя грунта или другого материала на наружную поверхность слоя 3 теплозащитного материала. В качестве слоя 3 теплозащитного материала могут быть выбраны строительный теплозащитный материал на основе минеральной ваты или интегрированная теплозащитная плита. В частности, солнечный склон и теневой склон грунтового основания 2 может содержать слой 3 теплозащитного материала, и в результате этого предотвращается потеря тепла внутри грунтового основания 2, и эффективно обеспечивается сохранение тепла внутри грунтового основания 2 в процессе изменения в дневное и ночное время.

[0046] Как представлено на фиг. 1 и 2, самоциркуляционное предотвращающее пучение при замерзании теплосборное устройство 4 содержит поглощающую солнечное тепло камера 7, циркуляционный энергетический блок 8, теплосборную трубу 6 и циркуляционную трубу 5. Поглощающая солнечное тепло камера 7, циркуляционный энергетический блок 8 и теплосборная труба 6 последовательно соединены от впуска к выпуску через циркуляционную трубу 5 с образованием циркуляционного контура, который заполняет циркулирующая рабочая среда. Циркулирующая рабочая среда представляет собой незамерзающую охлаждающую жидкость, жидкость омывателя ветрового стекла или другую жидкость в условиях температуры -30°С и имеет хорошую текучесть. Циркуляционная труба 5 представляет собой металлическую трубу или неметаллическую трубу, которая проявляет устойчивость в условиях природного солнечного излучения и старения. Поглощающая солнечное тепло камера 7 может быть расположена в области природной поверхности вблизи подножия солнечного склона грунтового основания 2, а также может быть расположена в области природной поверхности теневого склона грунтового основания 2, где солнечное излучение может воздействовать в зимнее время, и при этом поглощающая солнечное тепло камера 7 поглощает солнечную энергию и нагревает циркулирующую рабочую среду. Теплосборная труба 6 вставлена в грунтовое основание 2 и передает тепло циркулирующей рабочей среды внутрь грунтового основания 2, таким образом, что грунтовое основание 2 всегда находится в процессе чистого поглощения тепла и непрерывного накопления внутреннего тепла, и в результате этого обеспечивается сбор тепла внутри грунтового основания 2 и состояние, в котором всегда поддерживается положительная температура, а также достигаются цели предотвращения и устранения инженерных неисправностей, таких как замерзание материала грунтового основания 2 и пучение при замерзании грунтового основания 2.

[0047] Теплосборная труба 6 вставлена в грунтовое основание 2 в пределах диапазона от полуфута до фута склона грунтового основания 2, и направление вставки является перпендикулярным по отношению к продольному направлению грунтового основания 2. Длина теплосборной трубы 6 может быть определена в зависимости от фактических условий площадок. Угол между продольным направлением теплосборной трубы 6 и горизонтальной плоскостью находится в пределах диапазона от -30° до 30°. Согласно данному варианту осуществления, предпочтительно, теплосборная труба 6 поднимается вверх на угол от 5° до 10° вдоль направления вставки в грунтовое основание 2. Другими словами, как представлено на фиг. 1, угол теплосборной трубы 6 между продолжением вдоль направления х и подъемом вверх вдоль направления у составляет от 5° до 10°, таким образом, что высота теплосборной трубы 6 практически находится в среднем или нижнем положении грунтового основания 2, и теплосборная труба 6 пересекает большинство областей ширины грунтового основания 2. Таким образом, оказывается целесообразной установка теплосборной трубы 6 в грунтовое основание 2, глубина отверстий является небольшой, их число также является небольшим, исходная инженерная конструкция грунтового основания 2 не изменяется, и в результате этого обеспечивается устойчивость исходного грунтового основания 2, отсутствует воздействие на нормальное движение поездов в процессе строительства, и эффективно решаются проблемы инженерной конструкции при выполнении условий движения поездов.

[0048] Как представлено на фиг. 3, теплосборная труба 6 содержит наружную трубу 61, жидкостную впускную трубу 62 и жидкостную выпускную трубу 63. Жидкостная впускная труба 62 находится в сообщении с наружной стороной наружной трубы 61 и присоединяется к одному концу циркуляционной трубы 5. Жидкостная выпускная труба 63 расположена коаксиально с наружной трубой 61, причем один конец вставлен в наружную трубу 61 и содержит отверстие в сообщении с наружной трубой 61, а другой конец выходит из наружной трубы 61 и находится в сообщении с другим концом циркуляционной трубы 5. Таким образом, высвобождающий тепло проточный канал циркулирующей рабочей среды образуется между наружной трубой 61 и жидкостной выпускной трубой 63, и циркулирующая рабочая среда рассеивает тепло в высвобождающем тепло проточном канале. Высвобождающий тепло проточный канал имеет большую длину, и теплопередающая среда представляет собой только трубчатые стенки наружной трубы 61, в результате чего эффективность теплопередачи является высокой. Конструкция жидкостной впускной трубы 62 и жидкостной выпускной трубы 63 позволяет циркулирующей рабочей среде заполнять теплосборную трубу 6, таким образом, что больший достаточный теплообмен осуществляется между циркулирующей рабочей средой и стенками трубы, и в результате этого улучшается эффективность нагревания грунтового основания от теплосборной трубы 6.

[0049] Как представлено на фиг. 4-6, поглощающая солнечное тепло камера 7 содержит оболочку 71, поглощающую солнечное тепло панель 72, установленную внутри оболочки 71, прозрачную покровную плиту 73, опорную раму 74 и регулирующие излучение панели 75. Периферия поглощающей солнечное тепло панели 72 и оболочка 71 изготовлены из таких материалов, как алюминиевый сплав, нержавеющая сталь и т.д. Поглощающая солнечное тепло панель 72 представляет собой конструкцию, в которой объединены поглощающая тепло панель и содержащая рабочую среду циркуляционная труба 5. Чтобы повысить устойчивость поглощающей солнечное тепло панели 72, в конструкции поглощающей солнечное тепло панели 72 использован, главным образом, способ соединения деталей, одновременно имеющих ограниченную высоту, ширину и длину, что повышает устойчивость в условиях сильного ветра и природной агрессивной среды, а также лучше упрощает процесс циркуляции во всем устройстве, поскольку нагревательные блоки занимают относительно низкое положение во всем устройстве.

[0050] Прозрачная покровная плита 73 установлена поверх оболочки 71, и ее поддерживает опорная рама 74. Регулирующие излучение панели 75 установлен на наружной стороне прозрачной покровной плиты 73 и расположены над поглощающей солнечное тепло панелью 72, и один конец регулирующих излучение панелей 75 вблизи прозрачной покровной плиты 73 содержит водосточный паз 76. Таким образом, в дождливую погоду, вода на прозрачной покровной плите 73 может стекать через водосточный паз 76 на регулирующие излучение панели 75, и в результате этого предотвращается накопление воды на прозрачной покровной плите 73.

[0051] Регулирующие излучение панели 75 изготовлены из солнцезащитного материала, который отличается, главным образом, тем, что толщина является небольшой и может составлять от 1 мм до 3 мм, обеспечивая определенную прочность, и ширина составляет от 90% до 120% диаметра теплопоглощающей труба. Регулирующие излучение панели 75 обеспечивают частичную защиту поглощающей солнечное тепло панели от облучения солнечным светом 72. Таким образом, оболочка 71, прозрачная покровная плита 73 и регулирующие излучение панели 75 могут предотвращать попадание песка и камней и защищать поглощающую солнечное тепло панель 72 от повреждения. Наиболее важно, что в случае избыточного солнечного света в летнее время регулирующие излучение панели 75 может обеспечивать частичную защиту поглощающей солнечное тепло панели от облучения солнечным светом 72, и в результате этого предотвращается чрезмерное повышение температуры и давления в поглощающей солнечное тепло камере 7 и циркуляционной трубе 5, повышается устойчивость, и увеличивается продолжительность эксплуатации устройства.

[0052] Согласно данному варианту осуществления регулирующие излучение панели 75 являются параллельными по отношению к солнечным лучам в зимнее время на данной территории. Как представлено на фиг. 7, стрелками на фиг. 7 обозначены солнечные лучи, и регулирующие излучение панели 75 экранируют минимальное количество солнечного света в зимнее время, в результате чего поглощающая солнечное тепло панель 72 может принимать солнечную энергию в максимальной степени. Как представлено на фиг. 8, регулирующие излучение панели 75 экранируют максимальное количество солнечного света в летнее время, в результате чего поглощающая солнечное тепло панель 72 не принимает солнечную энергию в такой высокой степени, и в устройстве не возникает чрезмерное нагревание и чрезмерное давление. Таким образом, солнечное излучение, принимаемое поглощающей солнечное тепло панелью 72, может быть соответствующим во все времена года, в результате чего повышается устойчивость, и увеличивается продолжительность эксплуатации устройства.

[0053] Что касается регулирующего механизма регулирующих излучение панелей 75, если рассмотреть типичную область озера Цинхай с грунтом сезонного промерзания, например, угол подъема солнца в полдень в зимнее время составляет приблизительно 30°, и угол подъема солнца в полдень в летнее время составляет приблизительно 70°, в результате чего разность составляет приблизительно 40°. Когда угол между регулирующими излучение панелями 75 и горизонтальной плоскостью составляет 30°, солнечные лучи в зимнее время являются параллельными по отношению к регулирующим излучение панелям 75, в результате чего солнечные лучи могут непосредственно облучать поглощающую солнечное тепло панель 72 через зазор между регулирующими излучение панелями 75. В летнее время угол подъема солнца увеличивается, и солнечные лучи полностью экранированы регулирующими излучение панелями 75. Соответственно, осуществляются цели нагревания грунтового основания в зимнее время с применением солнечного излучения и предотвращения кипения внутренней среды при нагревании в летнее время.

[0054] Как представлено на фиг. 9 и 10, регулирующие излучение панели 75 также могут быть установлены на внутренней стороне прозрачной покровной плиты 73. Таким образом, прозрачная покровная плита 73 и оболочка 71 могут своим действием защищать регулирующие излучение панели 75.

[0055] Как представлено на фиг. 11, циркуляционный энергетический блок 8 содержит солнечную фотоэлектрическую панель 81, контроллер 82 и циркуляционный насос 83 в последовательном электрическом соединении, причем солнечная фотоэлектрическая панель 81 выполнена с возможностью поглощения солнечной энергии для производства электроэнергии и энергопитания циркуляционного насоса 83, и контроллер 82 выполнен с возможностью регулирования продолжительности работы циркуляционного насоса 83. Два или более циркуляционных насосов 83 могут быть соединены параллельно, и в каждый момент времени находит применение только один циркуляционный насос 83. После того как один циркуляционный насос 83 получает повреждение, другой циркуляционный насос 83 вступает в работу, что значительно увеличивает продолжительность эксплуатации, а также повышает устойчивость и надежность системы.

[0056] Циркуляционный насос 83 приводится в действие непосредственно солнечной фотоэлектрической панелью 81 без внешнего источника энергии. Циркуляционный энергетический блок 8 присоединен к соединителю, главным образом, посредством устойчивого к старению шланга высокой прочности. Контроллер 82 содержит программу программируемого логического управления, которая сначала заставляет циркуляционный насос 83 начать работу согласно всестороннему учету условий изменения продолжительности дня и солнечного излучения, и контроллер 82 также может содержать программу защиты от чрезмерного электрического напряжения для циркуляционного насоса 83, которая обеспечивает нормальную работу циркуляционного насоса 83 в природной агрессивной среде. Циркуляционный насос 83 может представлять собой жидкостный насос, а также он может представлять собой газовый насос, и циркулирующая рабочая среда может находиться в жидком состоянии, а также она может представлять собой газ.

[0057] Как представлено на фиг. 12, согласно данному варианту осуществления также предложено самоциркуляционное предотвращающее пучение при замерзании теплосборное грунтовое основание 1, и при этом обе стороны грунтового основания 2 могут содержать самоциркуляционные предотвращающие пучение при замерзании теплосборные устройства 4. Кроме того, поглощающая солнечное тепло камера 7 на одной стороне может быть расположена на склоне грунтового основания 2, поглощающая солнечное тепло камера 7 на другой стороне может быть установлена снаружи грунтового основания 2, и на склоне грунтового основания 2 может находиться слой 3 теплозащитного материала. Теплосборные трубы 6 практически горизонтально вставлены внутри грунтового основания 2.

[0058] Как представлено на фиг. 13, согласно данному варианту осуществления также предложено самоциркуляционное предотвращающее пучение при замерзании теплосборное грунтовое основание 1, и при этом обе стороны грунтового основания 2 могут содержать самоциркуляционные предотвращающие пучение при замерзании теплосборные устройства 4. Кроме того, поглощающая солнечное тепло камера 7 на одной стороне может быть расположена на склоне грунтового основания 2, поглощающая солнечное тепло камера 7 на другой стороне может быть установлена снаружи грунтового основания 2, и на склоне грунтового основания 2 может находиться слой 3 теплозащитного материала. Теплосборные трубы 6 расположены неглубоко на склоне грунтового основания 2, и продольное направление теплосборной трубы 6 является параллельным по отношению к склону грунтового основания 2.

[0059] Как можно видеть, самоциркуляционные предотвращающие пучение при замерзании теплосборные устройства 4, предложенные согласно данному варианту осуществления, могут быть расположены на одной стороне или на обеих сторонах грунтового основания и находиться на расстоянии друг от друга на каждой стороне грунтового основания.

[0060] Принципы работы самоциркуляционного предотвращающего пучение при замерзании теплосборного устройства и его грунтового основания, которые предложены согласно данному варианту осуществления, заключаются в следующем:

[0061] (а) в условиях солнечного света в дневное время поглощающая солнечное тепло панель 72 поглощает солнечное излучение и преобразует его во внутреннюю тепловую энергию для нагревания циркулирующей рабочей среды;

[0062] (b) циркуляционный энергетический блок 8 заставляет нагретую циркулирующую рабочую среду течь и передавать тепло;

[0063] (с) нагревание грунта вокруг теплосборных труб 6 осуществляется посредством непрерывного высвобождения тепла теплосборных труб 6 внутри грунтового основания 2;

[0064] (d) в условиях отсутствия солнечного излучения в ночное время система полностью прекращает работу, и в то же время слой 3 теплозащитного материала на наружной стороне грунтового основания 2 эффективно предотвращает значительные потери тепла внутри грунтового основания.

[0065] Соответственно, в процессе дневной и ночной циркуляции и теплопереноса, грунтовое основание всегда находится в процессе чистого поглощения тепла и непрерывного накопления внутреннего тепла, что обеспечивает сбор тепла внутри грунтового основания и состояние, в котором всегда поддерживается положительная температура, а также достигаются цели предотвращения и устранения инженерных неисправностей, таких как замерзание материала грунтового основания и пучение при замерзании грунтового основания.

[0066] Что касается регулирующих излучение панелей 75, поскольку солнечное излучение в летнее время является чрезмерно интенсивным и вызывает перегрев внутренней циркулирующей рабочей среды от поглощающей солнечное тепло панели 72, превышение температуры кипения рабочей среды и образование большого количества рабочей среды в парообразном состоянии, и присутствует явление чрезмерного давления во внутренней циркуляционной системе, это представляет собой значительную угрозу для устойчивости системы в целом, и данный вариант осуществления позволяет эффективно предотвращать и устранять возникновение такого явления посредством установки регулирующих излучение панелей 75.

[0067] Регулирующие излучение панели 75 расположены над поглощающей солнечное тепло панелью 72 и являются, главным образом, параллельными по отношению к солнечным лучам в зимнее время, не вызывая чрезмерное воздействие на солнечное излучение в зимнее время и поглощающие солнечное излучение трубы. Однако в летнее время, поскольку угол подъема солнца значительно увеличивается, регулирующие излучение панели 75 функционируют с большей эффективностью для экранирования солнечного излучения, уменьшая нагревание поглощающей солнечное тепло панели 72 от солнечного излучения и лучше защищая систему. Таким образом, принцип работы регулирующих излучение панелей 75 заключается, главным образом, в том, чтобы своим действием лучше регулировать солнечное излучение с учетом значительного различия углов падения солнечного излучения в зимнее время и летнее время. В итоге регулирующие излучение панели 75 могут обеспечивать полное попадание солнечного излучения на поглощающую солнечное тепло панель 72 в зимнее время, и в результате этого обеспечивается полная эксплуатация нагревательной системы, и обеспечивается, что в грунтовом материале грунтового основания не происходит пучение при замерзании, а также обеспечивается полное экранирование солнечного излучения в летнее время, таким образом, что циркуляционная энергетическая система прекращает работу, и в результате этого увеличивается продолжительность эксплуатации всего устройства.

[0068] Кроме того, регулирующие излучение панели 75 имеют определенную прочность, а также могут своим действием лучше защищать поглощающую солнечное тепло панель 72 от повреждения вследствие летящих камней или человеческих факторов, которые вызывают песок и камни, летящие в природных условиях, движение транспортных средств и т.п.

[0069] Самоциркуляционное предотвращающее пучение при замерзании теплосборное устройство и его грунтовое основание, которые предложены согласно данному варианту осуществления, обеспечивают следующие полезные эффекты.

[0070] 1. Значительные отличия и преимущества по сравнению с существующими инженерными технологиями.

[0071] а) Изменение способов предотвращения и устранения

[0072] Чтобы устранить неисправности грунтового основания на территориях сезонного промерзания грунта, данный вариант осуществления исходит непосредственно из основного фактора «температура грунта», который вызывает неисправности грунтового основания, таким образом, что материал грунта грунтового основания всегда находится в состоянии положительной температуры, и устраняется пучение при замерзании, вызываемое замораживанием материала грунта грунтового основания при отрицательной температуре, посредством непрерывного нагревания материала грунта грунтового основания от теплосборных труб 6. Кроме того, согласно данному варианту осуществления предложены непосредственное нагревание циркулирующей рабочей среды с применением поглощающей солнечное тепло панели 72, а затем непосредственная передача тепла для устранения неисправностей грунтового основания с применением циркуляционного насоса 83, и осуществлен переход от производства к потреблению без промежуточной потери тепловой энергии, в результате чего система в целом работает эффективно и быстро.

[0073] b) Изменение устойчивости системы в целом

[0074] По сравнению с существующей солнечной теплосборной системой, наиболее значительное отличие согласно данному варианту осуществления представляет собой регулирование количества солнечного излучения, принимаемого поглощающей солнечное тепло панелью 72 в зависимости от потребностей. На основании условий применения и целей применения данного варианта осуществления, в летнее время, солнечное излучение является интенсивным, для грунтового основания отсутствует проблема неисправностей в результате пучения при замерзании, и система должна находиться в режиме ожидания. В таких условиях регулирующие излучение панели 75 согласно данному варианту осуществления полностью экранируют солнечное излучение в летнее время, таким образом, что циркуляционная энергетическая система прекращает работу, и в результате этого увеличивается продолжительность эксплуатации всего устройства, при этом в зимнее время, чтобы предотвращать неисправности в результате пучения при замерзании, вызываемые замораживанием материала грунта грунтового основания, регулирующие излучение панели 75 могут допускать полное попадание солнечного излучения на поглощающую солнечное тепло панель 72, и в результате этого обеспечивается полная работа нагревательной системы, а также обеспечивается отсутствие пучения при замерзании материала грунта грунтового основания.

[0075] Что касается регулирования циркуляционной энергетической системы, циркуляционный энергетический блок 8 содержит два или более циркуляционных насоса 83, которые соединены параллельно, и при этом в каждый момент времени только один насос находится в работе, что значительно увеличивает продолжительность эксплуатации, а также повышает устойчивость и надежность системы.

[0076] Таким образом, данный вариант осуществления имеет значительное отличие от существующих технологий и производит эффект при половинном усилии посредством решения основной проблемы устранения неисправностей грунтового основания на территории сезонного замерзания и оттаивания, и при этом устраняется различие термодинамического соединения грунтового основания посредством горизонтального, сбалансированного и симметричного распределения изолиний температуры грунта грунтового основания, и в результате этого дополнительно повышается устойчивость механической части грунтового основания. По существу, эффективно предотвращаются инженерные неисправности, такие как неравномерное пучение при замерзании и продольное растрескивание грунтового основания, и обеспечивается долгосрочная устойчивость грунтового основания.

[0077] 2. Данный вариант осуществления успешно решает существующие инженерные проблемы. Поскольку согласно данному варианту осуществления конструкция занимает положение на одной стороне или на обеих сторонах грунтового основания, способ сооружения представляет собой бурение отверстий в горизонтальном направлении, точечное строительство осуществляется на грунтовом основании, скорость заполнения и бурения в грунтовом основании является высокой, диаметр отверстий является небольшим, и они не влияют на устойчивость грунтового основания. В то же время в процессе строительства необходимо только бурение отверстий и заполнение отверстий, и при этом не требуются такие применявшиеся в прошлом меры, как цементирование и восстановление, в результате чего не производится значительное возмущение и изменение механических свойств грунтового основания, и по этой причине дополнительно повышается устойчивость исходного грунтового основания. Таким образом, в процессе строительства не производится воздействие на нормальное движение поездов, и эффективно устраняются неисправности инженерной конструкции в условиях движения поездов.

[0078] 3. Согласно данному варианту осуществления используется цельная конструкция из материалов алюминиевых сплавов для поглощающей солнечное тепло панели 72, которая имеет большую массу и размещается вблизи грунта или склона, и все они могут быть соединены последовательно или параллельно, в результате чего может быть значительно повышена устойчивость системы в агрессивных условиях сильного ветра на западе КНР. Кроме того, снижение центра тяжести нагревательных блоков способствует образованию и увеличению толкательной силы во всей системе тепловой циркуляции устройства, а также обеспечивает непрерывную и эффективную работу в течение всего процесса циркуляции и передачи тепла.

[0079] Для исследования эффективности регулирования самоциркуляционного предотвращающего пучение при замерзании теплосборного устройства и его грунтового основания, которые предложены согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, численное модельное вычисление осуществлено с учетом инженерных мер в сочетании с геологическими условиями исследуемых инженерных площадок на участке Синин-Голмуд Цинхай-Тибетской железной дороги.

[0080] Пример: на одной стороне теневого склона грунтового основания Цинхай-Тибетской железной дороги, имеющего высоту 2,0 м и ширину поверху 7,5 м, теплосборные трубы горизонтально вставлены внутри грунтового основания в положении высоты 0,5 м, причем длина вставки составляет 8 м, и интервал между теплосборными трубами в продольном направлении грунтового основания составляет 2 м. В нагревательной системе мощность нагревания составляет 900 Вт в пересчете на мощность нагревания существующего солнечного водяного нагревателя площадью 1 м² в данном регионе, время работы составляет от 10:00 до 16:00 часов в дневное время, и эффективная мощность для вычисления уменьшается на 50%. Для дополнительной проверки эффективности таких мер в неблагоприятных условиях слой теплозащитного материала не уложен на склоне грунтового основания в модельном вычислении.

[0081] В таких условиях эксплуатации теплосборные трубы были установлены в эту зиму 15 декабря и 15 января, поле температуры грунта с результатами модельного вычисления через несколько суток после укладки теплосборных труб представлено на фиг. 14. На фиг. 14 представлен профиль температуры грунта грунтового основания в условиях минимальной температуры окружающей среды в 08:30 после того, как грунтовое основание на 30 сутки осуществляет рассеяние тепла в течение одной ночи. Можно видеть, что (а) в отношении характеристик значений температуры грунта в большинстве областей грунтового основания температура грунта принимает положительные значения, причем температура грунта в положениях опорного слоя и имеющей повышенную влажность нижней части грунтового основания находится в области относительно высоких температур, при этом максимальная температура может достигать 18°С; (b) в отношении характеристик морфологии поля температуры грунта изолинии температуры грунта в целом проявляют горизонтальные и параллельные морфологические характеристики. В частности, изотермическая линия 0°С имеет плоское распределение, в котором зона замерзания и зона положительных температур расположены параллельно по отношению друг к другу. Зона замерзания содержит лишь распределение нескольких тонких линий в верхней части грунтового основания, и распределение является равномерным и симметричным, в результате чего могут быть эффективно решены инженерные проблемы замерзшего грунта, и подробности могут быть описаны следующим образом:

[0082] (1) Улучшено температурное состояние температурного поля в центральной области исходного грунтового основания, и выполнены требования регулирования температурного поля железнодорожного грунтового основания на территории сезонного промерзания грунта. Как можно видеть на фиг. 14, после реализации данного подробного варианта осуществления температура грунта в центральной области и основном опорном слое грунтового основания принимает положительные значения, и имеющие положительную температуру и высокую температуру области грунта образуются в центре грунтового основания. Кроме того, поскольку эта часть материала грунта имеет высокое влагосодержание и высокую теплоемкость и собирает больше тепла, способность предотвращения пучения при замерзании грунтового основания повышается, когда уменьшается температура окружающей среды.

[0083] (2) Распределение изолинии 0°С температуры грунта и других изотермических линий температурного поля является полностью горизонтальным и плоским, и распределение тонких линий в зоне замораживания присутствует в верхней части грунтового основания и вблизи крепления откоса, что значительно повышает устойчивость грунтового основания. Как можно видеть на фиг. 14, температурное поле грунтового основания имеет плоское распределение, в частности, для изотермической линии 0°С, и является выпуклым вверху в грунтовом основании в целом, и в результате этого упрощается выпуск воды, содержащейся в грунтовом основании, и значительно уменьшается величина пучения при замерзании грунтового основания в условиях, в которых выпадают атмосферные осадки, и замерзание и оттаивание часто чередуются в начале весны.

[0084] (3) Устраняется влияние эффекта теневого и солнечного склона и практически устраняется инженерная проблема продольных трещин в грунтовом основании. Как можно видеть на фиг. 14, температурное поле грунтового основания под дорожным покрытием имеет практически симметричное распределение вокруг центра грунтового основания, и изотермические линии температурного поля грунтового основания являются плоскими. Кроме того, зона замерзания распределена только в верхней части грунтового основания и области тонкой полоски под креплением откоса, что дополнительно снижает степень менее поперечного дифференциального пучения при замерзании, которое образуется в части положений замерзания, а также устраняет возможность продольных трещин в грунтовом основании.

[0085] Данный вариант осуществления приведен исключительно в целях представительного анализа настоящего изобретения, и вывод практически представляет собой эффекты, которые должны быть достигнуты посредством настоящего изобретения согласно тенденции (при различии в конкретных значениях).

[0086] Кроме того, модельное вычисление показывает, что при строительстве железной дороги на территории сезонного промерзания грунта с применением конструкции согласно данному варианту осуществления грунтовое основание всегда сохраняет тепловую энергию в течение эксплуатации, и зона замерзания в грунтовом основании уменьшается в процессе работы, в результате чего конструкция может выполнять желательные требования в отношении механической устойчивости грунтового основания и может поддерживать долгосрочную устойчивость грунтового основания.

[0087] В приведенном выше описании представлены подробно лишь варианты осуществления настоящего изобретения, но этим не ограничивается объем правовой охраны настоящего изобретения. Любое легко понятное для специалистов в данной области техники изменение или замещение в пределах области техники, описанной настоящим изобретением, находится в пределах объема правовой охраны настоящего изобретения. Таким образом, объем правовой охраны настоящего изобретения определен объемом, который защищен прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение относится к самоциркуляционному предотвращающему пучение при замерзании теплосборному устройству и к его грунтовому основанию. Самоциркуляционное предотвращающее пучение при замерзании теплосборное устройство содержит поглощающую солнечное тепло камеру (7), циркуляционный энергетический блок (8), теплосборную трубу (6) и циркуляционную трубу (5), причем поглощающая солнечное тепло камера (7), циркуляционный энергетический блок (8) и теплосборная труба (6) соединены последовательно через циркуляционную трубу (5) с образованием циркуляционного контура, наполненного циркулирующей рабочей средой. Поглощающая солнечное тепло камера (7) выполнена с возможностью поглощения солнечной энергии и нагревания циркулирующей рабочей среды, и при этом теплосборная труба (6) выполнена с возможностью вставки в грунтовое основание (2) и передачи тепла циркулирующей рабочей среды внутрь грунтового основания (2). Технический результат состоит в обеспечении благодаря использованию преимущества солнечных энергетических ресурсов, способны обеспечивать сбалансированное и равномерное нагревание грунтового основания посредством равномерного повышения температуры грунта в области грунтового основания и целевого регулирования склонных к пучению при замерзании положений в грунтовом основании, в результате чего эффективно предотвращаются инженерные неисправности, такие как пучение при замерзании и неравномерная волнистость грунтового основания на территории сезонного промерзания грунта. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Самоциркуляционное предотвращающее пучение при замерзании теплосборное устройство, содержащее поглощающую солнечное тепло камеру (7), циркуляционный энергетический блок (8), теплосборную трубу (6) и циркуляционную трубу (5), причем поглощающая солнечное тепло камера (7), циркуляционный энергетический блок (8) и теплосборная труба (6) соединены последовательно через циркуляционную трубу (5) с образованием циркуляционного контура, наполненного циркулирующей рабочей средой, причем поглощающая солнечное тепло камера (7) выполнена с возможностью поглощения солнечной энергии и нагревания циркулирующей рабочей среды, и при этом теплосборная труба (6) выполнена с возможностью вставки в грунтовое основание (2) и передачи тепла циркулирующей рабочей среды внутрь грунтового основания (2).

2. Самоциркуляционное предотвращающее пучение при замерзании теплосборное устройство по п. 1, в котором поглощающая солнечное тепло камера (7) содержит:

оболочку (71);

поглощающую солнечное тепло панель (72), установленную внутри оболочки (71);

прозрачную покровную плиту (73), установленную поверх оболочки (71); и

регулирующие излучение панели (75), установленные на прозрачной покровной плите (73) над поглощающей солнечное тепло панелью (72), причем регулирующие излучение панели (75) изготовлены из солнцезащитного материала и выполнены с возможностью частичной защиты поглощающей солнечное тепло панели (72) от облучения солнечным светом.

3. Самоциркуляционное предотвращающее пучение при замерзании теплосборное устройство по п. 2, в котором регулирующие излучение панели (75) являются параллельными по отношению к солнечным лучам в зимнее время на данной территории.

4. Самоциркуляционное предотвращающее пучение при замерзании теплосборное устройство по п. 2, в котором регулирующие излучение панели (75) установлены на наружной стороне прозрачной покровной плиты (73), и один конец регулирующих излучение панелей (75) вблизи прозрачной покровной плиты (73) содержит водосточный паз (76).

5. Самоциркуляционное предотвращающее пучение при замерзании теплосборное устройство по п. 2, в котором регулирующие излучение панели (75) установлены на внутренней стороне прозрачной покровной плиты (73).

6. Самоциркуляционное предотвращающее пучение при замерзании теплосборное устройство по п. 1, в котором теплосборная труба (6) содержит:

наружную трубу (61);

жидкостную впускную трубу (62) в сообщении с наружной трубой (61) снаружи и в сообщении с одним концом циркуляционной трубы (5); и

жидкостную выпускную трубу (63), имеющую один конец, вставленный внутрь наружной трубы (61) и содержащий отверстие в сообщении с наружной трубой (61), и другой конец, выходящий из наружной трубы (61) и находящийся в сообщении с другим концом циркуляционной трубы (5).

7. Самоциркуляционное предотвращающее пучение при замерзании теплосборное устройство по п. 1, в котором циркуляционный энергетический блок (8) содержит солнечную фотоэлектрическую панель (81), контроллер (82) и циркуляционный насос (83) в последовательном электрическом соединении, причем солнечная фотоэлектрическая панель (81) выполнена с возможностью поглощения солнечной энергии для производства электроэнергии и энергопитания циркуляционного насоса (83), и при этом контроллер (82) выполнен с возможностью регулирования продолжительности работы циркуляционного насоса (83).

8. Самоциркуляционное предотвращающее пучение при замерзании теплосборное грунтовое основание, содержащее грунтовое основание (2) и самоциркуляционное предотвращающее пучение при замерзании теплосборное устройство по любому из пп. 1-7, причем поглощающая солнечное тепло камера (7) установлена снаружи грунтового основания (2), и теплосборная труба (6) вставлена внутрь грунтового основания (2).

9. Самоциркуляционное предотвращающее пучение при замерзании теплосборное грунтовое основание по п. 8, причем самоциркуляционное предотвращающее пучение при замерзании теплосборное грунтовое основание дополнительно содержит слой (3) теплозащитного материала, расположенный на склоне грунтового основания (2).