УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВАНИЯ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ И ВКЛЮЧАЮЩЕЕ ЕГО ГРУНТОВОЕ ОСНОВАНИЕ Российский патент 2022 года по МПК E01C3/06 F24S10/95 F24T10/10 

Область техники настоящего изобретения

[0001] Настоящее изобретение относится к области техники предотвращения и устранения неисправностей инженерных конструкций на территориях сезонного промерзания и, в частности, к устройству для нагревания грунтового основания и к грунтовому основанию, содержащему это устройство.

Уровень техники настоящего изобретения

[0002] Площадь территории сезонного промерзания грунта в КНР составляет приблизительно 5,137 миллионов квадратных километров, что составляет 53,5% площади территории государства. Состояние сезонного промерзания грунта 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.

[0003] Участок Синин-Голмуд Цинхай-Тибетской железной дороги находится в северо-восточной части Цинхай-Тибетского нагорья, и железнодорожные линии пересекают береговые равнины, аллювиальные долины и ледяные платформы на севере озера Цинхай, где средняя высота над уровнем моря составляет 3220 м, и среднегодовая сумма осадков составляет 376 мм, причем осадки распределены неравномерно, и основная масса их выпадает в июле-сентябре, среднегодовая температура составляет -0,6°C, и средняя температура в наиболее холодном месяце (январе) составляет -20,6°C. На участке Синин-Голмуд Цинхай-Тибетской железной дороги железной дороги наблюдается холодная погода, и при низкой температуре усиливается замораживающая способность, причем глубина промерзания является значительной, и максимальная глубина промерзания может достигать 1,8 м, что является типичным для территории сезонного промерзания. Соответственно, оказываются относительно серьезными инженерные неисправности, такие как пучение при замерзании и оседание при оттаивании грунтового основания, причинами которых являются замерзание и оттаивание.

[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 устройство для нагревания грунтового основания и грунтовое основание, содержащее это устройство, которые способны обеспечивать сбалансированное и равномерное нагревание грунтового основания и в результате этого эффективно предотвращать инженерные неисправности, такие как пучение при замерзании и неровная волнистость грунтового основания на территориях сезонного промерзания, а также предотвращать воздействие на устойчивость и герметизационные эксплуатационные характеристики устройства, когда циркулирующая рабочая среда достигает температуры кипения в летнее время, посредством регулирования положений циркулирующей рабочей среды.

[0006] Вариант осуществления настоящего изобретения может быть реализован следующим образом.

[0007] Согласно первому аспекту настоящее изобретение предложено устройство для нагревания грунтового основания, содержащее солнечный теплопоглотитель, циркуляционную трубу, теплосборную трубу, прямой насос и обратный насос, причем солнечный теплопоглотитель, теплосборная труба, прямой насос и обратный насос последовательно соединены от впуска к выпуску через циркуляционную трубу с образованием циркуляционного контура, который заполняет циркулирующая рабочая среда, солнечный теплопоглотитель установлен снаружи грунтового основания, теплосборная труба вставлена в грунтовое основание, прямой насос заставляет циркулирующую рабочую среду циркулировать в прямом направлении в циркуляционном контуре, и при этом обратный насос заставляет циркулирующую рабочую среду течь в обратном направлении в циркуляционном контуре, таким образом, что циркулирующая рабочая среда в солнечном теплопоглотителе исчезает.

[0008] Таким образом, когда устройство находится в процессе эксплуатации, циркулирующая рабочая среда циркулирует в циркуляционной трубе и приводится в действие давлением, производимым при работе прямого насоса, и тепло, поглощенное солнечным теплопоглотителем, передается теплосборной трубе посредством циркулирующей рабочей среды и нагревает грунт вокруг теплосборной трубы в результате 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, и в результате этого достигается состояния, в котором внутри грунтового основания собирается тепло, и всегда поддерживается положительная температура, и решаются задачи предотвращения и устранения инженерных неисправностей, таких как замерзание материала грунтового основания и пучение при замерзании грунтового основания. [0009] Когда устройство прекращает работу, например, в летнее время, прямой насос прекращает работу. Сначала, под действием силы тяжести, циркулирующая рабочая среда протекает обратно внутрь теплосборной трубы через циркуляционную трубу, и уровень жидкой циркулирующей рабочей среды в солнечном теплопоглотителе начинает уменьшаться до высоты уровня жидкости в устройстве. После этого обратный насос дополнительно выпускает циркулирующую рабочую среду, которая находится в солнечном теплопоглотителе, таким образом, что циркулирующая рабочая среда протекает обратно в теплосборную трубу, и в результате этого предотвращается резкое повышение давления во всем устройстве, вызываемое кипением и испарением циркулирующей рабочей среды в условиях высокой температуры солнечного теплопоглотителя в дневное летнее время, и обеспечиваются герметизационные эксплуатационные характеристики, целостность, и безопасность всего устройства.

[0010] Согласно необязательным вариантам осуществления циркуляционная труба содержит прямую циркуляционную трубу и невозвратную циркуляционную трубу, солнечный теплопоглотитель и теплосборную трубу, и при этом теплосборная труба и прямой насос соединены посредством прямой циркуляционной трубы, невозвратная циркуляционная труба присоединена к одному концу солнечного теплопоглотителя вблизи прямого насоса, и обратный насос установлен на невозвратной циркуляционной трубе.

[0011] Согласно необязательным вариантам осуществления невозвратная циркуляционная труба представляет собой n-образную трубу и содержит первую вертикальную трубу, поперечную трубу и вторую вертикальную трубу, которые соединены последовательно, при это первая вертикальная труба присоединена к солнечному теплопоглотителю, вторая вертикальная труба присоединена к прямому насосу, и обратный насос установлен на второй вертикальной трубе. [0012] Согласно необязательным вариантам осуществления, если высота поперечной трубы составляет L1, и высота уровня жидкости после выхода циркулирующей рабочей среды из солнечного теплопоглотителя составляет L2, то L1≥L2.

[0013] Таким образом, высота поперечной трубы составляет не менее чем высота уровня жидкости циркулирующей рабочей среды, и в результате этого предотвращается обратное вытекание циркулирующей рабочей среды в теплосборную трубу и втекание в солнечный теплопоглотитель через поперечную трубу. [0014] Согласно необязательным вариантам осуществления если высота обратного насоса составляет L3, то L2≥L3. [0015] Таким образом, обратный насос находится ниже высоты уровня жидкости циркулирующей рабочей среды в любом случае, и в результате этого предотвращается заполнение обоих концов обратного насоса циркулирующей рабочей средой в любое время, предотвращается бездействие обратного насоса, повышается устойчивость, и увеличивается продолжительность эксплуатации обратного насоса.

[0016] Согласно необязательным вариантам осуществления высота центра тяжести солнечного теплопоглотителя, высота центра тяжести теплосборной трубы и высота центра тяжести прямого насоса последовательно снижаются.

[0017] Таким образом, когда устройство прекращает работу, циркулирующая рабочая среда в солнечном теплопоглотителе вытекает из солнечного теплопоглотителя, насколько это возможно под действием силы тяжести, и содержится в теплосборной трубе.

[0018] Согласно необязательным вариантам осуществления солнечный теплопоглотитель содержит поглощающую солнечное тепло панель, а также верхнюю магистральную трубу, нижнюю магистральную трубу и рядную трубу, установленные под поглощающей солнечное тепло панелью, причем верхняя магистральная труба и нижняя магистральная труба соединены к обоим концам циркуляционной трубы, и оба конца рядных труб присоединены к верхней магистральной трубе и к нижней магистральной трубе.

[0019] Согласно необязательным вариантам осуществления устройство для нагревания грунтового основания дополнительно содержит контроллер, с которым прямой насос и обратный насос находятся в электрическом соединении, и контроллер выполнен с возможностью управления таким образом, что обратный насос прекращает работу, и прямой насос заставляет циркулирующую рабочую среду циркулировать в прямом направлении в циркуляционном контуре, а также выполнен с возможностью управления таким образом, что обратный насос работает в течение второго периода времени, когда прямой насос прекращает работу после истечения первого периода времени, таким образом, что циркулирующая рабочая среда в солнечном теплопоглотителе исчезает.

[0020] Согласно второму аспекту настоящее изобретение предложено грунтовое основание, содержащее грунтовое основание и устройство для нагревания грунтового основания согласно любому из предшествующих вариантов осуществления, в котором солнечный теплопоглотитель установлен снаружи грунтового основания, и теплосборная труба вставлена внутри грунтового основания.

[0021] Согласно необязательным вариантам осуществления грунтовое основание дополнительно содержит слой теплоизоляционного материала, расположенный на склоне грунтового основания.

[0022] Таким образом, в условиях отсутствия солнечного излучения в ночное время, устройство полностью прекращает работу, и в то же время слой теплоизоляционного материала на наружной стороне грунтового основания эффективно предотвращает значительные потери тепла внутри грунтового основания.

Краткое описание фигур

[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 грунтового основания, предложенного согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

[0025] На фиг. 2 представлена конструкционная диаграмма устройства для нагревания грунтового основания, предложенного согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

[0026] На фиг. 3 представлена конструкционная диаграмма теплосборной трубы, проиллюстрированной на фиг. 2.

[0027] На фиг. 4 представлена диаграмма состояния, в котором прямой насос в устройстве для нагревания грунтового основания находится в процессе эксплуатации.

[0028] На фиг. 5 представлена диаграмма состояния, в котором прямой насос в устройстве для нагревания грунтового основания прекращает работу.

[0029] На фиг. 6 представлена диаграмма состояния, в котором обратный насос в устройстве для нагревания грунтового основания находится в процессе эксплуатации.

[0030] На фиг. 7 представлена диаграмма состояния, в котором устройство для нагревания грунтового основания прекращает работу.

Подробное раскрытие предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения

[0031] 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.

[0032] 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.

[0033] 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.

[0034] 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.

[0035] Кроме того, если присутствуют термины «первый» и «второй», они представлены исключительно в целях различия, но не означают и не предполагают относительную важность.

[0036] Следует отметить, что в случае отсутствия противоречия признаки согласно вариантам осуществления настоящего изобретения могут быть объединены друг с другом.

[0037] 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.

[0038] Как представлено на фиг. 1, согласно данному варианту осуществления предложено грунтовое основание 1, содержащее грунтовое основание 2, слой теплоизоляционного материала 3 и устройства 5 для нагревания грунтового основания, причем устройства 5 для нагревания грунтового основания установлены на одной стороне солнечного склона или на одной стороне теневого склона грунтового основания 2 с одинаковыми интервалами.

[0039] Слой теплоизоляционного материала 3, который расположен на склоне грунтового основания 2, может покрывать весь склон грунтового основания 2, причем он прикреплен с применением анкерного стержня 4. Согласно другим вариантам осуществления слой теплоизоляционного материала 3 также может быть уплотнен и прикреплен посредством нанесения тонкого слоя грунта или другого материала на наружную поверхность слоя теплоизоляционного материала 3. В качестве слоя теплоизоляционного материала 3 может быть выбран теплоизоляционный материал, представляющий собой строительную минеральную вату или интегрированную теплоизоляционную плиту. В частности, солнечный склон и теневой склон грунтового основания 2 может содержать слой теплоизоляционного материала 3, и в результате этого предотвращается потеря тепла внутри грунтового основания 2, а также эффективно обеспечивается сохранение тепла внутри грунтового основания 2 в процессе изменения в дневное и ночное время.

[0040] Как представлено на фиг. 1 и 2, устройство 5 для нагревания грунтового основания содержит солнечный теплопоглотитель 6, циркуляционную трубу 7, теплосборную трубу 10, прямой насос 14 и обратный насос 15, причем солнечный теплопоглотитель 6, теплосборная труба 10, прямой насос 14 и обратный насос 15 последовательно соединены от впуска к выпуску через циркуляционную трубу 7 с образованием циркуляционного контура, который наполняет циркулирующая рабочая среда 16 (представленная на фиг. 3). Циркулирующая рабочая среда 16 представляет собой незамерзающую охлаждающую жидкость, жидкость омывателя ветрового стекла или другую жидкость в условиях температуры -30°C, и она имеет хорошую текучесть. Циркуляционная труба 7 представляет собой металлическую трубу или неметаллическую трубу, которая проявляет устойчивость в условиях природного солнечного излучения и старения.

[0041] Солнечный теплопоглотитель 6 может быть расположен в области природной поверхности вблизи подножия солнечного склона грунтового основания 2, а также он может быть расположен в области природной поверхности теневого склона грунтового основания 2, где солнечное излучение может воздействовать в зимнее время, и солнечный теплопоглотитель 6 выполнен с возможностью поглощения солнечной энергии и нагревания циркулирующей рабочей среды 16.

[0042] Теплосборная труба 10 вставлена в грунтовое основание 2 и передает тепло циркулирующей рабочей среды 16 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 достигается состояние, в котором внутри грунтового основания 2 собирается тепло, и всегда поддерживается положительная температура, а также решаются задачи предотвращения и устранения инженерных неисправностей, таких как замерзание материала грунтового основания и пучение при замерзании грунтового основания.

[0043] Теплосборная труба 10 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 10 может быть определена в зависимости от фактических условий площадок. На одном склоне грунтового основания 2 интервал между двумя соседними теплосборными трубами 10 может составлять от 1 м до 5 м. Угол между теплосборной трубой 10 и горизонтальной плоскостью находится в пределах диапазона от -30° до 30°. Согласно данному варианту осуществления угол подъема теплосборной трубы 10 в продольном направлении изнутри наружу грунтового основания предпочтительно составляет от 0° до 30°, в частности, от 5° до 10°. Другими словами, как представлено на фиг. 1, теплосборная труба 10 проходит вдоль направления x и имеет угол подъема вдоль направления y в диапазоне от 0° до 30°, таким образом, что высота теплосборной трубы 10 занимает среднее или нижнее положение в грунтовом основании 2, и теплосборная труба 10 пересекает большинство областей ширины грунтового основания 2. Таким образом, оказывается целесообразной установка теплосборной трубы 10 в грунтовое основание 2, причем глубина отверстий является небольшой, число отверстий также является небольшой, 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.

[0044] Высота центра тяжести солнечного теплопоглотителя 6, высота центра тяжести теплосборной трубы 10 и высота центра тяжести прямого насоса 14 последовательно снижаются. Таким образом, когда устройство прекращает работу, циркулирующая рабочая среда 16 в солнечном теплопоглотителе 6 вытекает из солнечного теплопоглотителя 6, насколько это возможно под действием силы тяжести, и содержится в теплосборной трубе 10.

[0045] Как представлено на фиг. 3, теплосборная труба 10 содержит наружную трубу 11, жидкостную впускную трубу 12, присоединенную к наружной стороне наружной трубы 11 и одному концу циркуляционной трубы 7, и жидкостную выпускную трубу 13 в нижней части наружной трубы 11, которая имеет один конец, вставленный внутрь наружной трубы 11 и содержащий отверстие присоединенное к наружной трубе 11, и другой конец, выходящий из наружной трубы 11 и присоединенный к другому концу циркуляционной трубы 7. Таким образом, высвобождающий тепло проточный канал циркулирующей рабочей среды 16 образуется между наружной трубой 11 и жидкостной выпускной трубой 13, и циркулирующая рабочая среда 16 рассеивает тепло в высвобождающем тепло проточном канале. Высвобождающий тепло проточный канал имеет большую длину, и теплопередающая среда представляет собой только стенки трубы наружной трубы 11, в результате чего эффективность теплопередачи является высокой. Конструкция жидкостной впускной трубы 12 и жидкостная выпускная труба 13 позволяет циркулирующей рабочей среде 16 заполнять теплосборную трубу 10, таким образом, что больший достаточный теплообмен осуществляется между циркулирующей рабочей средой 16 и стенками трубы, и в результате этого улучшается эффективность нагревания грунтового основания от теплосборной трубы 10.

[0046] Как представлено на фиг. 4, стрелки на фиг. 4 представляют направление потока циркулирующей рабочей среды 16, и солнечный теплопоглотитель 6 содержит поглощающую солнечное тепло панель 61, верхнюю магистральную трубу 62, нижнюю магистральную трубу 63 и рядную трубу 64, установленную под поглощающей солнечное тепло панелью 61.

[0047] Поглощающая солнечное тепло панель 61 изготовлена, главным образом, из металлического или неметаллического теплопоглощающего материала и имеет небольшую толщину, причем конкретная толщина может составлять от 1 мм до 3 мм. Верхняя магистральная труба 62 и нижняя магистральная труба 63 соединены к обоим концам циркуляционной трубы 7, рядные трубы 64 представляют собой металлические трубы и имеют круглое поперечное сечение, и оба конца рядных труб 64 присоединены к верхней магистральной трубе 62 и к нижней магистральной трубе 63.

[0048] Циркуляционная труба 7 содержит прямую циркуляционную трубу 8 и невозвратную циркуляционную трубу 9, солнечный теплопоглотитель 6 и теплосборную трубу 10, причем теплосборная труба 10 и прямой насос 14 соединены посредством прямой циркуляционной трубы 8, и при этом невозвратная циркуляционная труба 9 присоединена к одному концу солнечного теплопоглотителя 6 вблизи прямого насоса 14.

[0049] Невозвратная циркуляционная труба 9 представляет собой n- образную трубу и содержит первую вертикальную трубу 91, поперечную трубу 92 и вторую вертикальную трубу 93, которые соединены последовательно, причем первая вертикальная труба 91 присоединена к солнечному теплопоглотителю 6, вторая вертикальная труба 93 присоединена к прямому насосу 14, и обратный насос 15 установлен на второй вертикальной трубе 93.

[0050] Если высота поперечной трубы 92 составляет L1, высота уровня жидкости после выхода циркулирующей рабочей среды 16 из солнечного теплопоглотителя 6 составляет L2, и высота обратного насоса 15 составляет L3, то L1≥L2≥L3. Таким образом, высота поперечной трубы 92 составляет не менее чем высота уровня жидкости циркулирующей рабочей среды 16, и в результате этого предотвращается обратное течение циркулирующей рабочей среды 16 в теплосборную трубу 10 в солнечный теплопоглотитель 6 через поперечную трубу 92. Обратный насос 15 в любом случае находится ниже высоты уровня жидкости циркулирующей рабочей среды 16, и в результате этого в любое время предотвращается заполнение обоих концов обратного насоса 15 циркулирующей рабочей средой 16, предотвращается бездействие обратного насоса 15, повышается устойчивость, и увеличивается продолжительность эксплуатации обратного насоса 15.

[0051] Устройство 5 для нагревания грунтового основания дополнительно содержит контроллер (не проиллюстрированный), с которым прямой насос 14 и обратный насос 15 находятся в электрическом соединении, и при этом контроллер выполненный с возможностью управления таким образом, что обратный насос 15 прекращает работу, и прямой насос 14 заставляет циркулирующую рабочую среду 16 циркулировать в прямом направлении в циркуляционном контуре, а также он выполнен с возможностью управления таким образом, что обратный насос 15 работает в течение второго периода времени, когда прямой насос 14 прекращает работу после истечения первого периода времени, таким образом, что циркулирующая рабочая среда 16 в солнечном теплопоглотителе 6 исчезает. Первый период времени может составлять от 3 минут до 5 минут, и второй период времени может составлять от 1 минуты до 3 минут.

[0052] Принцип работы устройства для нагревания грунтового основания и его грунтового основания, которые предложены согласно данному варианту осуществления, заключается в следующем.

[0053] Как представлено на фиг. 4, когда устройство находится в процессе эксплуатации, циркулирующая рабочая среда 16 циркулирует в циркуляционной трубе 7 и приводится в действие давлением, производимым при работе прямого насоса 14, и тепло, поглощенное солнечным теплопоглотителем 6, передается теплосборной трубе 10 посредством циркулирующей рабочей среды 16, и нагревает грунт вокруг теплосборной трубы 10 в результате непрерывного высвобождения тепла теплосборной трубы 10 внутри грунтового основания, таким образом, что грунтовое основание всегда находится в процессе чистого поглощения тепла и непрерывного накопления внутреннего тепла, и в результате этого достигая состояния, в котором внутри грунтового основания собирается тепло, и всегда поддерживается положительная температура, и решаются задачи предотвращения и устранения инженерных неисправностей, таких как замерзание материала грунтового основания и пучение при замерзании грунтового основания.

[0054] Как представлено на фиг. 5, в летнее время, прямой насос 14 прекращает работу. Сначала, под действием силы тяжести, циркулирующая рабочая среда 16 протекает обратно внутрь теплосборной трубы 10 через циркуляционную трубу 7, и уровень жидкой циркулирующей рабочей среды 16 в солнечном теплопоглотителе 6 начинает уменьшаться до высоты уровня жидкости в устройстве. После этого, как представлено на фиг. 6, обратный насос 15 начинает работать, чтобы дополнительно удалять циркулирующую рабочую среду 16, которая находится в солнечном теплопоглотителе 6, таким образом, что циркулирующая рабочая среда 16 протекает обратно в теплосборную трубу 10, и после того, как обратный насос 15 прекращает работу, как представлено на фиг. 7, высота L2 уровня жидкости циркулирующей рабочей среды 16 является выше, чем обратный насос 15, и не превышает высоту L1 поперечной трубы 92, и в результате этого предотвращается резкое повышение давления во всем устройстве, вызываемое кипением и испарением циркулирующей рабочей среды 16 в условиях высокой температуры солнечного теплопоглотителя 6 в дневное летнее время, и обеспечиваются герметизационные эксплуатационные характеристики, целостность и безопасность всего устройства.

[0055] Устройство для нагревания грунтового основания и его грунтовое основание, которые предложены согласно данному варианту осуществления, производят следующие полезные эффекты:

[0056] 1. Тепло, поглощенное солнечным теплопоглотителем, 6 передается теплосборной трубе 10 посредством циркулирующей рабочей среды 16 и нагревает грунт вокруг теплосборной трубы 10 в процессе непрерывного высвобождения тепла теплосборной трубы 10 внутри грунтового основания, таким образом, что грунтовое основание всегда находится в процессе чистого поглощения тепла и непрерывного накопления внутреннего тепла, и в результате этого достигается состояния, в котором внутри грунтового основания собирается тепло, и всегда поддерживается положительная температура, а также решаются задачи предотвращения и устранения инженерных неисправностей, таких как замерзание материала грунтового основания и пучение при замерзании грунтового основания.

[0057] 2. Циркулирующая рабочая среда 16 может быть выпущена из солнечного теплопоглотителя 6 посредством установки обратного насоса 15, и в результате этого предотвращаются проблемы герметизационных эксплуатационных характеристик и целостности устройства, которой угрожает увеличение давления в устройстве, вызываемое кипением и испарением циркулирующей рабочей среды 16, повышается устойчивость устройства при нагревании грунтового основания на территориях сезонного промерзания, и улучшается предотвращение и устранение пучения при замерзании грунтового основания.

[0058] 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 возобновляемой энергетике. Устройство для нагревания грунтового основания и собирающее тепло грунтовое основание, которые относятся к области техники предотвращения и устранения неисправностей инженерных конструкций на территориях сезонного промерзания. В данном устройстве солнечный теплопоглотитель, теплосборная труба, прямой насос и обратный насос последовательно соединены от впуска к выпуску через циркуляционную трубу с образованием циркуляционного контура, который заполняет циркулирующая рабочая среда. Солнечный теплопоглотитель установлен снаружи грунтового основания. Теплосборная труба вставлена в грунтовое основание. Прямой насос заставляет циркулирующую рабочую среду циркулировать в прямом направлении в циркуляционном контуре. Обратный насос заставляет циркулирующую рабочую среду течь в обратном направлении в циркуляционном контуре таким образом, что циркулирующая рабочая среда в солнечном теплопоглотителе исчезает. Техническим результатом является обеспечение сбалансированного и равномерного нагревания грунтового основания, и в результате этого эффективно предотвращаются инженерные неисправности, такие, как пучение при замерзании и неровная волнистость грунтового основания на территориях сезонного промерзания, а также предотвращается воздействие на устойчивость и герметизационные эксплуатационные характеристики устройства, когда циркулирующая рабочая среда достигает температуры кипения в летнее время, посредством регулирования положений циркулирующей рабочей среды. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для нагревания грунтового основания, содержащее солнечный теплопоглотитель (6), циркуляционную трубу (7), теплосборную трубу (10), прямой насос (14) и обратный насос (15), причем солнечный теплопоглотитель (6), теплосборная труба (10), прямой насос (14) и обратный насос (15) последовательно соединены от впуска к выпуску через циркуляционную трубу (7) с образованием циркуляционного контура, который наполняет циркулирующая рабочая среда (16), при этом солнечный теплопоглотитель (6) установлен снаружи грунтового основания (2), теплосборная труба (10) вставлена в грунтовое основание (2), причем,

когда устройство находится в процессе эксплуатации, прямой насос (14) заставляет циркулирующую рабочую среду (16) циркулировать в прямом направлении в циркуляционном контуре, и

при этом высота центра тяжести солнечного теплопоглотителя (6), высота центра тяжести теплосборной трубы (10) и высота центра тяжести прямого насоса (14) последовательно снижаются, так что, когда устройство прекращает работу, циркулирующая рабочая среда (16) в солнечном теплопоглотителе (6) вытекает из солнечного теплопоглотителя (6), насколько это возможно под действием силы тяжести, и содержится в теплосборной трубе (10), а

обратный насос (15) заставляет циркулирующую рабочую среду (16) течь в обратном направлении в циркуляционном контуре таким образом, что циркулирующая рабочая среда (16) в солнечном теплопоглотителе (6) исчезает.

2. Устройство по п. 1, в котором циркуляционная труба (7) содержит прямую циркуляционную трубу (8) и невозвратную циркуляционную трубу (9), солнечный теплопоглотитель (6) и теплосборную трубу (10), и при этом теплосборная труба (10) и прямой насос (14) соединены прямой циркуляционной трубой (8), невозвратная циркуляционная труба (9) присоединена к одному концу солнечного теплопоглотителя (6) вблизи прямого насоса (14), и обратный насос (15) установлен на невозвратной циркуляционной трубе (9).

3. Устройство по п. 2, в котором невозвратная циркуляционная труба (9) представляет собой n-образную трубу и содержит первую вертикальную трубу (91), поперечную трубу (92) и вторую вертикальную трубу (93), которые соединены последовательно, причем первая вертикальная труба (91) присоединена к солнечному теплопоглотителю (6), вторая вертикальная труба (93) присоединена к прямому насосу (14), и обратный насос (15) установлен на второй вертикальной трубе (93).

4. Устройство по п. 3, в котором если высота поперечной трубы (92) составляет L1, и высота уровня жидкости после выхода циркулирующей рабочей среды из солнечного теплопоглотителя (6) (16) составляет L2, то L1≥L2.

5. Устройство по п. 4, в котором если высота обратного насоса (15) составляет L3, то L2≥L3.

6. Устройство по любому из пп. 1-5, в котором солнечный теплопоглотитель (6) содержит поглощающую солнечное тепло панель (61), причем верхняя магистральная труба (62), нижняя магистральная труба (63) и рядная труба (64) установлены под поглощающей солнечное тепло панелью (61), при этом верхняя магистральная труба (62) и нижняя магистральная труба (63) присоединены к обоим концам циркуляционной трубы (7), и оба конца рядных труб (64) присоединены к верхней магистральной трубе (62) и нижней магистральной трубе (63).

7. Устройство по любому из пп. 1-5, причем устройство для нагревания грунтового основания дополнительно содержит контроллер, с которым прямой насос (14) и обратный насос (15) находятся в электрическом соединении, и контроллер выполнен с возможностью управления таким образом, что обратный насос (15) прекращает работу, и прямой насос (14) заставляет циркулирующую рабочую среду (16) циркулировать в прямом направлении в циркуляционном контуре, а также выполнен с возможностью управления таким образом, что обратный насос (15) работает в течение второго периода времени, когда прямой насос (14) прекращает работу после истечения первого периода времени, в результате чего циркулирующая рабочая среда (16) в солнечном теплопоглотителе (6) исчезает.

8. Грунтовое основание, содержащее грунтовое основание (2) и устройство для нагревания грунтового основания по любому из пп. 1-7, в котором солнечный теплопоглотитель (6) установлен снаружи грунтового основания (2), и теплосборная труба (10) вставлена внутри грунтового основания (2).

9. Грунтовое основание по п. 8, причем грунтовое основание дополнительно содержит слой теплоизоляционного материала (3), расположенный на склоне грунтового основания (2).