CN111520930B - 采用半导体热管的冻土地区制冷装置 - Google Patents

采用半导体热管的冻土地区制冷装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111520930B
CN111520930B CN202010376585.2A CN202010376585A CN111520930B CN 111520930 B CN111520930 B CN 111520930B CN 202010376585 A CN202010376585 A CN 202010376585A CN 111520930 B CN111520930 B CN 111520930B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pipe
semiconductor
frozen soil
water
semiconductor heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN202010376585.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111520930A (zh
Inventor
程国勇
孙雅诗
郭浩天
马少敏
陈英实
王兵兵
李开泰
王乐友
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Civil Aviation University of China
Original Assignee
Civil Aviation University of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Civil Aviation University of China filed Critical Civil Aviation University of China
Priority to CN202010376585.2A priority Critical patent/CN111520930B/zh
Publication of CN111520930A publication Critical patent/CN111520930A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111520930B publication Critical patent/CN111520930B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B21/02—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D17/00—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces
    • F25D17/02—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces for circulating liquids, e.g. brine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D29/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25D29/001—Arrangement or mounting of control or safety devices for cryogenic fluid systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Road Paving Structures (AREA)
  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
  • Cleaning Of Streets, Tracks, Or Beaches (AREA)

Abstract

一种采用半导体热管的冻土地区制冷装置。其包括半导体热管、稳压直流电源、冷却装置、水泵、水槽、输水管和排水管；多根半导体热管埋设在机场跑道下方的冻土层内部，每根半导体热管包括外层管、内层管、半导体制冷片、水管、导热涂层、电线通道和隔热层；本发明提供的采用半导体热管的冻土地区制冷装置中使用的半导体热管不受外界影响，可以以任意方式插入冻土层，连接成一个完整的导热制冷系统，进而可导出冻土层热量，以保障机场跑道的稳定，确保飞机运行安全。

Description

采用半导体热管的冻土地区制冷装置
技术领域
本发明属于机场专用设备技术领域，特别是涉及一种采用半导体热管的冻土地区制冷装置。
背景技术
随着全球气候变暖和人类工程活动的干预，多年冻土的水、热平衡状态逐渐被破坏。由于一些机场的跑道是建设在冻土地区，如果冻土层因温度升高或飞机起降等扰动而因此解冻，会导致机场跑道道面出现不均匀沉降和位移等现象，从而破坏跑道的稳定与安全运行。为了保护机场跑道的稳固，需要采取措施对冻土层的温度进行控制，使其能常年保持在0℃以下，以保障土体硬度。
如今的冻土层保护技术一般多用于青藏高原等海拔较高地区修建铁路、公路。传统的热管技术是在管道内部充满制冷液体，并将管道竖直插入土层中，其能将土层中的热量导出到外界，从而保持底部冻土层处于低温状态，但其缺点是具有较大局限性，并且转化效率较低。美国北部的阿拉斯加油田的管道运输也同样使用数十万支热管来对冻土层进行降温保护。近年来，半导体材料科学的发展衍生出半导体热管的相关研究，其是利用半导体材料的温差效应，通过直流电流时发生的能量转移来达到制冷效果。半导体热管使用范围更广泛，转化效率更高，不受季节与角度的限制，并且可以接入电子温控系统对温度进行控制。如果使用半导体热管对机场跑道的冻土层温度进行温控和热量导出，并且加以再利用，无疑能够保障机场跑道运行的安全稳定性。
目前国内机场跑道采用半导体热管的技术还较少，并且冻土地区的机场跑道还需要对冻土层温度进行控制，以保证机场跑道稳固而不发生沉降。传统热管只能竖向或者斜向插入土层，因此工作效率受外界环境影响较大。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种采用半导体热管的冻土地区制冷装置。
为了达到上述目的，本发明提供的采用半导体热管的冻土地区制冷装置包括半导体热管、稳压直流电源、冷却装置、水泵、水槽、输水管和排水管；其中多根半导体热管埋设在机场跑道下方的冻土层内部，每根半导体热管包括外层管、内层管、半导体制冷片、水管、导热涂层、电线通道和隔热层；所述的外层管和内层管以嵌套的方式设置，外层管的下端封闭，内层管的下端距离外层管的下端留有间隙；多片半导体制冷片并联设置在外层管和内层管之间的间隙中，热端位于内侧，冷端位于外侧，并且半导体制冷片的热端和冷端与内层管和外层管之间均设有导热涂层；电线通道设置在外层管和内层管之间；半导体制冷片上的导线通过电线通道向外引出；隔热层包覆在电线通道外部；水管设置在内层管的内侧，内外均充满循环水；水槽设置在机场跑道外侧的草坪区，内部盛有循环水；水泵的进水口设在水槽内，出水口通过输水管连接外层管的上端口；排水管的一端连接在内层管的上端口，另一端位于水槽的内部；冷却装置连接在排水管上；稳压直流电源同时与半导体制冷片、冷却装置和水泵电连接，用于为各用电部件供电。
所述的半导体制冷片的型号为TECI-12706，最大电流为6A，最大工作电压为15.4V。
所述的导热涂层采用硅脂材料制成。
所述的内层管和外层管均采用铜管。
所述的半导体热管以垂直、倾斜或水平方式埋设在机场跑道下方的冻土层内部。
本发明提供的采用半导体热管的冻土地区制冷装置中使用的半导体热管不受外界影响，可以以任意方式插入冻土层，连接成一个完整的导热制冷系统，进而可导出冻土层热量，以保障机场跑道的稳定，确保飞机运行安全。
附图说明
图1为本发明提供的采用半导体热管的冻土地区制冷装置构成示意图。
图2为本发明提供的采用半导体热管的冻土地区制冷装置中半导体热管结构分解示意图。
图3为本发明提供的采用半导体热管的冻土地区制冷装置中半导体热管整体结构立体图。
图4为本发明提供的采用半导体热管的冻土地区制冷装置中半导体热管组装透视图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明。
如图1—图4所示，本发明提供的采用半导体热管的冻土地区制冷装置包括半导体热管10、稳压直流电源11、冷却装置12、水泵13、水槽14、输水管15和排水管16；其中多根半导体热管10埋设在机场跑道下方的冻土层内部，每根半导体热管10包括外层管1、内层管2、半导体制冷片3、水管4、导热涂层7、电线通道8和隔热层9；所述的外层管1和内层管2以嵌套的方式设置，外层管1的下端封闭，内层管2的下端距离外层管1的下端留有间隙；多片半导体制冷片3并联设置在外层管1和内层管2之间的间隙中，热端位于内侧，冷端位于外侧，并且半导体制冷片3的热端和冷端与内层管2和外层管1之间均设有导热涂层7；电线通道8设置在外层管1和内层管2之间；半导体制冷片3上的导线通过电线通道8向外引出；隔热层9包覆在电线通道8外部；水管4设置在内层管2的内侧，内外均充满循环水；水槽14设置在机场跑道外侧的草坪区，内部盛有循环水；水泵13的进水口设在水槽14内，出水口通过输水管15连接外层管1的上端口；排水管16的一端连接在内层管2的上端口，另一端位于水槽14的内部；冷却装置12连接在排水管16上；稳压直流电源11同时与半导体制冷片3、冷却装置12和水泵13电连接，用于为各用电部件供电。
所述的半导体制冷片3的型号为TECI-12706，最大电流为6A，最大工作电压为15.4V。
所述的导热涂层7采用硅脂材料制成。
所述的内层管2和外层管1均采用铜管。
所述的半导体热管10以垂直、倾斜或水平方式埋设在机场跑道下方的冻土层内部。
现将本发明提供的采用半导体热管的冻土地区制冷装置的工作原理阐述如下：
当需要对机场跑道下方的冻土层进行制冷时，首先由操作人员启动本装置，利用水泵13将水槽14内的循环水6通过输水管15提供给半导体热管10上的外层管1，然后该循环水6将在外层管1和内层管2之间的空间中向下流动，在此过程中将与半导体制冷片3通过外层管1及导热涂层7吸收的冻土层的热量进行热交换，由此使循环水的温度升高，然后升温后的循环水5将从外层管1的下端流入内层管2，之后在内层管2内向上流动，再通过排水管16流入冷却装置12，由冷却装置12对升温后的循环水5进行冷却，最后流入水槽14内而用于循环使用。

Claims (5)

1.一种采用半导体热管的冻土地区制冷装置，其特征在于：所述的采用半导体热管的冻土地区制冷装置包括半导体热管(10)、稳压直流电源(11)、冷却装置(12)、水泵(13)、水槽(14)、输水管(15)和排水管(16)；其中多根半导体热管(10)埋设在机场跑道下方的冻土层内部，每根半导体热管(10)包括外层管(1)、内层管(2)、半导体制冷片(3)、水管(4)、导热涂层(7)、电线通道(8)和隔热层(9)；所述的外层管(1)和内层管(2)以嵌套的方式设置，外层管(1)的下端封闭，内层管(2)的下端距离外层管(1)的下端留有间隙；多片半导体制冷片(3)并联设置在外层管(1)和内层管(2)之间的间隙中，热端位于内侧，冷端位于外侧，并且半导体制冷片(3)的热端和冷端与内层管(2)和外层管(1)之间均设有导热涂层(7)；电线通道(8)设置在外层管(1)和内层管(2)之间；半导体制冷片(3)上的导线通过电线通道(8)向外引出；隔热层(9)包覆在电线通道(8)外部；水管(4)设置在内层管(2)的内侧，内外均充满循环水；水槽(14)设置在机场跑道外侧的草坪区，内部盛有循环水；水泵(13)的进水口设在水槽(14)内，出水口通过输水管(15)连接外层管(1)的上端口；排水管(16)的一端连接在内层管(2)的上端口，另一端位于水槽(14)的内部；冷却装置(12)连接在排水管(16)上；稳压直流电源(11)同时与半导体制冷片(3)、冷却装置(12)和水泵(13)电连接，用于为各用电部件供电。
2.根据权利要求1所述的采用半导体热管的冻土地区制冷装置，其特征在于：所述的半导体制冷片(3)的型号为TECI-12706，最大电流为6A，最大工作电压为15.4V。
3.根据权利要求1所述的采用半导体热管的冻土地区制冷装置，其特征在于：所述的导热涂层(7)采用硅脂材料制成。
4.根据权利要求1所述的采用半导体热管的冻土地区制冷装置，其特征在于：所述的内层管(2)和外层管(1)均采用铜管。
5.根据权利要求1所述的采用半导体热管的冻土地区制冷装置，其特征在于：所述的半导体热管(10)以垂直、倾斜或水平方式埋设在机场跑道下方的冻土层内部。
CN202010376585.2A 2020-05-07 2020-05-07 采用半导体热管的冻土地区制冷装置 Expired - Fee Related CN111520930B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010376585.2A CN111520930B (zh) 2020-05-07 2020-05-07 采用半导体热管的冻土地区制冷装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010376585.2A CN111520930B (zh) 2020-05-07 2020-05-07 采用半导体热管的冻土地区制冷装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111520930A CN111520930A (zh) 2020-08-11
CN111520930B true CN111520930B (zh) 2021-11-16

Family

ID=71908826

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010376585.2A Expired - Fee Related CN111520930B (zh) 2020-05-07 2020-05-07 采用半导体热管的冻土地区制冷装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111520930B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000130899A (ja) * 1998-10-27 2000-05-12 Hitachi Ltd 冷熱システム
CN101459396A (zh) * 2008-12-31 2009-06-17 况学成 一种温差发电热管以及温差发电装置
CN101551373A (zh) * 2009-05-25 2009-10-07 黑龙江省水利科学研究院 冻土力学模型试验装置
WO2013001735A1 (ja) * 2011-06-29 2013-01-03 パナソニック株式会社 冷却装置とこれを搭載した電子機器、および電気自動車
CN207247616U (zh) * 2017-07-31 2018-04-17 中铁西北科学研究院有限公司 一种用于热管制冷的半导体制冷器
CN109252507A (zh) * 2018-11-06 2019-01-22 王亚鹤 一种冻土环境下的建筑地基恒温保持系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005030861A1 (de) * 2005-07-01 2007-01-04 Invendo Medical Gmbh Kühleinrichtung für elektronische Bauteile vorzugsweise eines Endoskops

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000130899A (ja) * 1998-10-27 2000-05-12 Hitachi Ltd 冷熱システム
CN101459396A (zh) * 2008-12-31 2009-06-17 况学成 一种温差发电热管以及温差发电装置
CN101551373A (zh) * 2009-05-25 2009-10-07 黑龙江省水利科学研究院 冻土力学模型试验装置
WO2013001735A1 (ja) * 2011-06-29 2013-01-03 パナソニック株式会社 冷却装置とこれを搭載した電子機器、および電気自動車
CN207247616U (zh) * 2017-07-31 2018-04-17 中铁西北科学研究院有限公司 一种用于热管制冷的半导体制冷器
CN109252507A (zh) * 2018-11-06 2019-01-22 王亚鹤 一种冻土环境下的建筑地基恒温保持系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN111520930A (zh) 2020-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2019359836B2 (en) Multilevel deep well cooling and geothermal utilization system and process
AU2016101488A4 (en) Devices using a medium having a high heat transfer rate
US11549725B2 (en) System for storing and retrieving thermal energy
CN205154229U (zh) 高温矿井巷道壁面贴附水膜板热换器降温装置
US20110308268A1 (en) Geothermal Exchange Module and a Method of use with an Augmented Water Temperature System
CN102277819A (zh) 利用天然地热的地面调温融雪装置及其应用
CN110295626B (zh) 给排水管道的防冻装置及其施工方法
CN111520930B (zh) 采用半导体热管的冻土地区制冷装置
CN108088009A (zh) 一种零碳节能地下供热-制冷系统
CN204739667U (zh) 一种超导热管电地暖
CN201857566U (zh) 利用天然地热的地面调温融雪装置及其应用
CN107386030B (zh) 利用半导体驱动热管制冷维护冻土地基热稳定的方法
RU2625830C1 (ru) Устройство для термоизоляции скважин в многолетнемёрзлых породах
CN211872472U (zh) 一种重力式与水平式热管相结合的道路融雪化冰装置
RU51636U1 (ru) Устройство для компенсации теплового воздействия фундамента строения на грунт вечной мерзлоты
CN204880789U (zh) 一种结合温差发电和太阳能的天然气管道防冻胀系统
CN110080817B (zh) 基于相变蓄冷的隧道通风降温系统
CN107083985A (zh) 一种金矿井下降温系统
RU135679U1 (ru) Кровельный обогрев для крыши здания
RU2683059C1 (ru) Способ извлечения и использования геотермального тепла для охлаждения грунтов вокруг тоннелей метрополитена
CN208983889U (zh) 防冻冷却塔
CN105546696A (zh) 一种地热空调系统
CN104930582A (zh) 超导热管电地暖
CN105386785A (zh) 高温矿井巷道壁面贴附水膜板热换器降温系统
CN205505254U (zh) 一种地热空调系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20211116