一種凍結(jié)壁裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械領(lǐng)域，涉及一種凍結(jié)壁裝置，尤其涉及一種斯特林凍結(jié)壁裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]凍結(jié)壁始于利用人工技術(shù)凍結(jié)的凍土結(jié)構(gòu)的掩護(hù)進(jìn)行基坑施工。在施工前，采用人工制冷技術(shù)，將井筒周圍的不穩(wěn)定地層或含水層凍結(jié)成封閉的凍結(jié)壁，以抵抗地壓、隔絕地下水。在現(xiàn)有的技術(shù)中也有利用凍結(jié)壁來(lái)形成屏蔽，以防止水分等滲透入地層之中。
[0003]為形成凍結(jié)壁，需打一定數(shù)量的凍結(jié)孔，孔內(nèi)安裝凍結(jié)器。冷凍站制出的低溫鹽水等經(jīng)管路送到凍結(jié)器，低溫鹽水在凍結(jié)器中循環(huán)后，回到冷凍站被重新降溫。低溫鹽水在凍結(jié)器中吸收其周圍的地層中的熱量，逐漸形成凍結(jié)壁，并直至達(dá)到設(shè)計(jì)厚度和強(qiáng)度。但現(xiàn)有的冷凍站成本高昂、結(jié)構(gòu)龐大，安裝、運(yùn)行和維修均需花費(fèi)較大的時(shí)間和費(fèi)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種斯特林凍結(jié)壁裝置。
[0005]為達(dá)到上述目的，具體技術(shù)方案如下:
[0006]—方面，本發(fā)明提供了一種斯特林凍結(jié)壁裝置，適用于凍結(jié)地層，所述地層中設(shè)有若干的凍結(jié)孔，所述斯特林凍結(jié)壁裝置包括若干的冷凍單元，所述冷凍單元中包括斯特林制冷機(jī)，所述斯特林制冷機(jī)包括制冷端，所述制冷端上設(shè)有凍結(jié)筒，所述斯特林制冷機(jī)通過(guò)其上的制冷端將凍結(jié)筒制冷，當(dāng)需形成凍結(jié)壁時(shí)，所述凍結(jié)筒插入所述凍結(jié)孔中。
[0007]優(yōu)選的，所述斯特林凍結(jié)壁裝置還包括散熱管路，所述斯特林制冷機(jī)上還設(shè)有熱端，所述散熱管路與所述若干的制冷單元中的斯特林制冷機(jī)上的熱端相連。
[0008]優(yōu)選的，所述凍結(jié)筒與所述制冷端可拆連接。
[0009]優(yōu)選的，所述凍結(jié)筒的外表面的形狀為利于插入凍結(jié)孔的螺旋形。
[0010]優(yōu)選的，所述凍結(jié)筒由鋁制成。
[0011]優(yōu)選的，還包括導(dǎo)冷機(jī)構(gòu)，所述導(dǎo)冷機(jī)構(gòu)由導(dǎo)冷材料制成，所述導(dǎo)冷機(jī)構(gòu)的一端與所述制冷端相連，所述導(dǎo)冷機(jī)構(gòu)的另一端朝向所述凍結(jié)筒的筒底延伸。
[0012]優(yōu)選的，所述凍結(jié)筒內(nèi)還設(shè)有傳遞冷量的導(dǎo)冷劑。
[0013]優(yōu)選的，所述插入若干的凍結(jié)孔中的冷凍單元相互排列呈陣列，且相鄰的行或列的冷凍單元之間相互錯(cuò)開(kāi)。
[0014]另一方面，提供了一種斯特林凍結(jié)壁的形成方法，包括如下步驟:
[0015]步驟1，將如上所述的斯特林凍結(jié)壁裝置插入到凍結(jié)孔中；
[0016]步驟2，利用斯特林制冷機(jī)通過(guò)凍結(jié)筒將地層凍結(jié)。
[0017]優(yōu)選的，所述步驟2中還包括利用散熱管路將與之相連的斯特林制冷機(jī)熱端的熱量吸收。
[0018]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0019]1，安裝簡(jiǎn)便，僅需單獨(dú)安裝體積較小的斯特林制冷機(jī)，單個(gè)斯特林制冷機(jī)單獨(dú)工作，僅需將其散熱管路相連即可；
[0020]2，適用范圍廣，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，僅需根據(jù)凍結(jié)地層的范圍確定斯特林制冷機(jī)的數(shù)量即可，可方便的應(yīng)用于凍結(jié)壁的各種使用場(chǎng)合；
[0021]3，制冷效率高，由于斯特林制冷機(jī)的冷端直接插入凍結(jié)孔中制冷，不需僅需冷量傳遞，因此幾乎沒(méi)有冷量損失；
[0022]4，制冷效果好，斯特林制冷機(jī)屬于深低溫設(shè)備，其致冷溫度可在120K以下，能夠快速的達(dá)到凍結(jié)要求；
[0023]5，散熱效果好，只需將若干的斯特林制冷機(jī)的熱端僅需散熱即可，且由于斯特林制冷機(jī)屬于封閉系統(tǒng)，散熱不會(huì)造成任何污染。
【附圖說(shuō)明】
[0024]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0025]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明的實(shí)施例的應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0028]需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0029]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做具體闡釋。
[0030]如圖1和圖2中所示的本發(fā)明的實(shí)施例的一種斯特林凍結(jié)壁裝置，斯特林凍結(jié)壁裝置，適用于凍結(jié)地層1，地層1中設(shè)有若干的凍結(jié)孔2。
[0031]如圖1中所示，斯特林凍結(jié)壁裝置包括若干的冷凍單元3，冷凍單元3中包括斯特林制冷機(jī)4，斯特林制冷機(jī)包括制冷端41，制冷端41上設(shè)有凍結(jié)筒5。斯特林制冷機(jī)4通過(guò)其上的制冷端41將凍結(jié)筒5制冷，當(dāng)需形成凍結(jié)壁時(shí)，凍結(jié)筒5插入凍結(jié)孔2中，凍結(jié)筒5將凍結(jié)孔2周圍的地層凍結(jié)。
[0032]由于斯特林制冷機(jī)屬于深低溫設(shè)備，其致冷溫度可在120K以下。同時(shí)其是在封閉系統(tǒng)中獲得低溫和冷量，制冷快速的同時(shí)幾乎沒(méi)有冷量損失。
[0033]本發(fā)明的實(shí)施例利用一定數(shù)量的斯特林制冷機(jī)進(jìn)行凍結(jié)壁的形成，具有安裝維護(hù)簡(jiǎn)便、制冷效率高且無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)。
[0034]在本發(fā)明的實(shí)施例中，斯特林凍結(jié)壁裝置的散熱結(jié)構(gòu)優(yōu)選還包括散熱管路，散熱管路與若干的制冷單元中的斯特林制冷機(jī)上的熱端相連，散熱管路中優(yōu)選包括吸熱劑，將熱端的熱量吸收并通過(guò)管路傳遞出去。
[0035]如圖1中所示，在本發(fā)明的實(shí)施例中，凍結(jié)筒5的長(zhǎng)度優(yōu)選為30土5m，并優(yōu)選凍結(jié)筒5與制冷端41可拆連接，即可根據(jù)不同的凍結(jié)壁的深度、厚度的需要選擇不同的凍結(jié)筒5。
[0036]此外，優(yōu)選凍結(jié)筒5的外表面的形狀為利于插入凍結(jié)孔2的形狀，如螺旋形、錐形或類似自攻螺絲的螺紋的向末端收斂的螺旋形等。在某些利于插入的地層1，可不先設(shè)置凍結(jié)孔2，而是利用凍結(jié)筒5及其外表面的形狀將凍結(jié)筒5直接插入地層1，并形成凍結(jié)孔2，更加方便安裝和使用。并優(yōu)選凍結(jié)筒5由鋁、鋁合金、碳鋼等金屬材料制成，更加堅(jiān)固。
[0037]另如圖1中所示，在本發(fā)明的實(shí)施例中，優(yōu)選還包括導(dǎo)冷機(jī)構(gòu)42，導(dǎo)冷機(jī)構(gòu)42的一端與制冷端41相連，導(dǎo)冷機(jī)構(gòu)42的另一端與凍結(jié)筒5的筒底相連，通過(guò)導(dǎo)冷機(jī)構(gòu)42將制冷端41的冷量迅速的傳遞至凍結(jié)筒5上，并保持整個(gè)結(jié)構(gòu)上冷量的分布均勻。優(yōu)選導(dǎo)冷機(jī)構(gòu)42具有螺旋形或具有分叉的導(dǎo)冷葉片等利于分散冷量的結(jié)構(gòu)。并優(yōu)選導(dǎo)冷機(jī)構(gòu)42由銅等導(dǎo)冷材料制成，導(dǎo)冷機(jī)構(gòu)42為銅管。
[0038]此外，如圖1中所示，在本發(fā)明的實(shí)施例中，優(yōu)選凍結(jié)筒5內(nèi)還設(shè)有傳遞冷量的導(dǎo)冷劑51，優(yōu)選為氦氣等，以迅速的制冷。
[0039]如圖2中所示，在本發(fā)明的實(shí)施例中，插入若干的凍結(jié)孔2中的冷凍單元3相互排列呈陣列，且相鄰的行或列的冷凍單元3之間相互錯(cuò)開(kāi)，從而在形成凍結(jié)壁作為屏障時(shí)，以利于快速形成凍結(jié)壁。
[0040]如圖1和圖2中所示，在本發(fā)明的實(shí)施例中，斯特林凍結(jié)壁的形成方法，包括如下步驟:
[0041]步驟1，優(yōu)選將導(dǎo)冷機(jī)構(gòu)42安裝與制冷端41上，隨后安裝上適合的凍結(jié)筒5，并在凍結(jié)筒5中灌入導(dǎo)冷劑51。將一定數(shù)量的斯特林制冷機(jī)4插入到凍結(jié)孔2中，提供斯特林制冷機(jī)2電源，將斯特林制冷機(jī)2的熱端通過(guò)散熱管路相連；
[0042]步驟2，利用斯特林制冷機(jī)4通過(guò)凍結(jié)筒5將地層1凍結(jié)；利用散熱管路將與之相連的斯特林制冷機(jī)熱端的熱量吸收并傳遞走。
[0043]以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種斯特林凍結(jié)壁裝置，適用于凍結(jié)地層，所述地層中設(shè)有若干的凍結(jié)孔，其特征在于，所述斯特林凍結(jié)壁裝置包括若干的冷凍單元，所述冷凍單元中包括斯特林制冷機(jī)，所述斯特林制冷機(jī)包括制冷端，所述制冷端上設(shè)有凍結(jié)筒，所述斯特林制冷機(jī)通過(guò)其上的制冷端將凍結(jié)筒制冷，當(dāng)需形成凍結(jié)壁時(shí)，所述凍結(jié)筒插入所述凍結(jié)孔中。2.如權(quán)利要求1所述的斯特林凍結(jié)壁裝置，其特征在于，所述斯特林凍結(jié)壁裝置還包括散熱管路，所述斯特林制冷機(jī)上還設(shè)有熱端，所述散熱管路與所述若干的制冷單元中的斯特林制冷機(jī)上的熱端相連。3.如權(quán)利要求1所述的斯特林凍結(jié)壁裝置，其特征在于，所述凍結(jié)筒與所述制冷端可拆連接。4.如權(quán)利要求3所述的斯特林凍結(jié)壁裝置，其特征在于，所述凍結(jié)筒的外表面的形狀為利于插入凍結(jié)孔的螺旋形。5.如權(quán)利要求4所述的斯特林凍結(jié)壁裝置，其特征在于，所述凍結(jié)筒由鋁制成。6.如權(quán)利要求1所述的斯特林凍結(jié)壁裝置，其特征在于，還包括導(dǎo)冷機(jī)構(gòu)，所述導(dǎo)冷機(jī)構(gòu)由導(dǎo)冷材料制成，所述導(dǎo)冷機(jī)構(gòu)的一端與所述制冷端相連，所述導(dǎo)冷機(jī)構(gòu)的另一端朝向所述凍結(jié)筒的筒底延伸。7.如權(quán)利要求6所述的斯特林凍結(jié)壁裝置，其特征在于，所述凍結(jié)筒內(nèi)還設(shè)有傳遞冷量的導(dǎo)冷劑。8.如權(quán)利要求1所述的斯特林凍結(jié)壁裝置，其特征在于，所述插入若干的凍結(jié)孔中的冷凍單元相互排列呈陣列，且相鄰的行或列的冷凍單元之間相互錯(cuò)開(kāi)。9.一種斯特林凍結(jié)壁的形成方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1，將如權(quán)利要求1所述的斯特林凍結(jié)壁裝置插入到凍結(jié)孔中； 步驟2，利用斯特林制冷機(jī)通過(guò)凍結(jié)筒將地層凍結(jié)。10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2中還包括利用散熱管路將與之相連的斯特林制冷機(jī)熱端的熱量吸收。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種凍結(jié)壁裝置及方法，適用于凍結(jié)地層，所述地層中設(shè)有若干的凍結(jié)孔，所述凍結(jié)壁裝置包括若干的冷凍單元，所述冷凍單元中包括斯特林制冷機(jī)，所述斯特林制冷機(jī)包括制冷端，所述制冷端上設(shè)有凍結(jié)筒，所述斯特林制冷機(jī)通過(guò)其上的制冷端將凍結(jié)筒制冷，當(dāng)需形成凍結(jié)壁時(shí)，所述凍結(jié)筒插入所述凍結(jié)孔中。本發(fā)明的技術(shù)方案安裝簡(jiǎn)便、設(shè)計(jì)方便、適用范圍廣、凍結(jié)效率高、凍結(jié)效果好，且不會(huì)造成任何污染。
【IPC分類】E21D1/14, E02D19/14, E21D1/12
【公開(kāi)號(hào)】CN105401588
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510624594
【發(fā)明人】程路
【申請(qǐng)人】寧波華斯特林電機(jī)制造有限公司
【公開(kāi)日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年9月25日