利用半导体驱动热管制冷维护冻土地基热稳定的方法

技术领域

本发明涉及一种多年冻土地基热稳定的维护方法，尤其涉及一种利用半导体驱动热管制冷维护冻土地基热稳定的方法。

背景技术

在多年冻土地基路基的热稳定运营维护中，国内外大多采用碎石、片石等材料，在路基的护坡、护道、路基底部等部位铺设而形成热屏障，阻止暖季往下传递的热量而防止多年冻土层的融化。利用这些材料在多年冻土地基路基热稳定维护中，都起到了一定的作用。但是，碎石、片石的空隙易被风沙或积雪覆盖而失去对流换热作用，使地基路基存在着诸如热融下沉、倾斜、开裂等病害，一定程度上影响了列车的安全运营。

近年来多年冻土地基路基的热稳定运营维护中，大量采用了热管制冷装置。热管是一种汽液两相对流循环的密封管导热装置，主要由蒸发段与散热段两部分组成，蒸发段置于多年冻土层中，散热段置于大气中，制冷工质充灌于其中。在寒季，当蒸发段的温度高于散热段温度时，制冷工质开始循环工作；在热侵蚀最为严重的暖季，当蒸发段的温度高于散热段温度时，制冷工质停止循环，热管则停止工作，则无法保护多年冻土。

发明内容

本发明的目的是针对目前采用热管制冷装置在多年冻土地基路基的热稳定运营维护中存在的问题，同时利用半导体驱动热管制冷维护冻土地基热稳定的方法。

本发明利用半导体驱动热管制冷维护冻土地基热稳定的方法，是将热管的蒸发段置于多年冻土层中，过渡段及散热段置于大气中；在热管过渡段安装有半导体制冷装置；在热管散热段安装有半导体制冷控制器，半导体制冷控制器控制半导体制冷装置进行制冷循环。

所述热管为内集热式热管，热管的散热段外设有外散热片，热管的过渡段内安装有内散热片，蒸发段内充由液态制冷剂。

所述半导体制冷装置包括安装在热管过渡段外的半导体制冷器，设置在半导体制冷器外的保温层，以及设置在保温层外的保护罩；所述半导体制冷装置的两端由固定管帽固定在热管过渡段上。其中，保温层包括设置在热管过渡段外的第一保温层（不包含半导体制冷器），及设置在第一保温层及半导体制冷器外的第二保温层；外保护罩在第二保温层外。

所述半导体制冷器包括半导体制冷片，在半导体制冷片的一侧设有隔热垫，另一侧设有水冷器，并在隔热垫外侧设置有与热管散热段外缘面相适配的接触转换板；所述隔热垫、半导体制冷片、水冷器及接触转换板通过压条和螺栓连接固定；水冷器的顶端设有循环管。其中隔热垫上设置有与半导体制冷片相适配的半导体制冷片预留孔及电线预留孔。

所述半导体制冷控制器包括封闭的水冷箱，水冷箱的上方安装有散热风扇，水冷箱的底部安装有循环泵，该循环泵通过循环液泵送管与散热风扇联通；散热风扇的底部分别设置有与半导体制冷器顶端的循环管连接的循环液出流管、循环液回流管；散热风扇的底部还设有与水冷箱联通的落入管；水冷箱内加注循环液；水冷箱外设置有自动控制器控制半导体制冷器及散热风扇、循环泵的工作时间、工作负荷及循环液的流向。

本发明的原理：半导体制冷器的半导体制冷器与热管的侧壁紧密接触，半导体制冷器的冷量通过热管侧壁的管壁，传导至热管内内散热肋片处，并与制冷剂蒸汽发生热交换，将其冷凝成液体。半导体制冷器交换出的热量通过散热液循环管中的循环液进行循环，并通过半导体控制器进行控制对流循环和散热。

本发明的优点：通过半导体制冷装置的强制制冷，使普通热管的蒸发段与散热段（或过渡段）产生负温差，从而使热管不仅能在寒季强化循环制冷，而且在暖季迫使热管启动工作，实现热管的全年运行与循环工作，特别是在多年冻土融化季节的暖季，能够实现主动制冷，能有效防治多年冻土地基路基的热融下沉、倾斜、开裂等病害，具有较强的实用性。

附图说明

图1为普通热管的外观图。

图2为半导体驱动的制冷热管外观图。

图3为半导体驱动热管局部剖视图。

图4为半导体制冷装置的结构与安装图。

图5为半导体制冷装置中半导体制冷器的结构图。

图6为半导体制冷装置中半导体制冷器的装配图。

图7为半导体制冷控制器的结构图。

具体实施方式

参照图1、2，将热管1的蒸发段4置于多年冻土层中，过渡段3及散热段2置于大气中；在热管过渡段3安装有半导体制冷装置7；在热管散热段2安装有半导体制冷控制器13，半导体制冷控制器13控制半导体制冷装置7进行制冷循环。

其中，热管1为内集热式热管，热管的散热段2外设有外散热片，热管的过渡段3内安装有内散热片10，蒸发段内充由液态制冷剂9。

参照图3、4，半导体制冷装置7包括安装在热管过渡段外的半导体制冷器11，以及设置在半导体制冷器11外的保温层12和外保护罩16。其中保温层12包括设置在热管过渡段3外（不包含半导体制冷器11）的第一保温层14，设置在第一保温层14及半导体制冷器11外的第二保温层15；外保护罩16在第二保温层外。半导体制冷装置7的两端由固定管帽17固定在热管过渡段3上。

参照图4、5，半导体制冷器11，包括半导体制冷片11-3，设置在半导体制冷片11-3两侧的隔热垫11-2和水冷器11-4，并在隔热垫11-2一侧设置有与热管散热段外缘面相适配的接触转换板11-1；且隔热垫11-2、半导体制冷片11-3、水冷器11-4及接触转换板11-1通过压条11-5和螺栓11-6连接固定成一体。半导体制冷片11-3的顶端设有散热液循环管11-7。为了便于组装，隔热垫11-2上设置有与半导体制冷片11-3相适配的半导体制冷片预留孔及电线预留孔。组装后在接触面转换板的接触圆弧面上涂抹导热硅脂，使接触圆弧面与热管侧壁紧密接触；然后通过焊接或粘接辐射固定在热管侧壁。

半导体制冷器11安装完成后，在热管1的过渡段3的全范围内安装第一保温层14，使保温层深入地面下一定深度。再在第一保温层14外侧全范围内安装第二保温层15，并使其完全包裹住半导体制冷器11，使第二保温层15深入地面下一定深度。最后在第二保温层15外侧安装外保护罩16，最后在保护罩16的上下端安装固定管帽17。

参照图6，半导体制冷控制器13包括封闭的水冷箱13-1，水冷箱的上方安装有散热风扇13-2，水冷箱的底部安装有循环泵13-3，该循环泵通过循环液泵送管13-6与散热风扇13-2联通；散热风扇13-2的底部分别设置有与半导体制冷器的循环管11-7连接的循环液出流管13-7、循环液回流管13-8（为了节省空间，循环液出流管13-7、循环液回流管13-8穿过水冷箱13-1）；散热风扇13-2的底部还设有与水冷箱联通的落入管13-9；水冷箱内加注循环液13-4；水冷箱外设置有自动控制器13-5控制半导体制冷器及散热风扇、循环泵的工作时间、工作负荷及循环液的流向。半导体控制器13安装在半导体控制箱5内，并通过抱箍6固定在热管散热段2。

半导体制冷器的半导体制冷器与热管的侧壁紧密接触，半导体制冷器的冷量通过热管侧壁的管壁，传导至热管内内散热肋片处，并与制冷剂蒸汽发生热交换，将其冷凝成液体。半导体制冷器交换出的热量通过散热液循环管中的循环液进行循环，并通过半导体控制器进行控制对流循环和散热。通过半导体制冷装置的强制制冷，使普通热管的蒸发段与散热段（或过渡段）产生负温差，从而使热管不仅能在寒季强化循环制冷，而且在暖季迫使热管启动工作，实现热管的全年运行与循环工作，特别是在多年冻土融化季节的暖季，能够实现主动制冷，能有效防治多年冻土地基路基的热融下沉、倾斜、开裂等病害。