CN111998536B - 一种寒冷地区渠道防冰冻电加热散热桥 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种寒冷地区渠道防冰冻电加热散热桥，该散热桥包括铝合金制作的上传热板、下传热板和异形传热管。下传热板固定在渠壁上，在异形传热管中放置发热电缆，使得发热电缆产生的热量经异形传热管传导到上传热板和下传热板，达到融冰的目的。本发明所述散热桥可以解决发热电缆热量传递不良、温度影响范围小的问题，延长渠道冬季输水时间。

Description

一种寒冷地区渠道防冰冻电加热散热桥

技术领域

本发明涉及渠道输水工程热量传导装置，具体涉及应用于渠道防冰冻发热电缆的散热装置。

背景技术

长距离输水工程是解决水资源时空分布不均问题最有效、最直接的手段。当冬季寒冷天气来临后，水体持续和大气发生热交换而失热，渠道里的水逐渐变为过冷状态，由于水的混掺作用，水内冰不断产生，并相互凝结，从而出现各种不同尺度的冰花。冬季渠道两岸，例如，弯曲段凹岸处等地方水流流速较慢，且衬砌板导热系数较水体大，所以冰花容易在这些地方堆积结成初生岸冰，然后冰由渠道两岸向中间发展，形成冰盖，若在这些易堆积形成岸冰的地方布置电加热系统，就能保证渠道在一定气温下正常输水，从而延长冬季渠道输水时间。

发热电缆加热系统以电力为能源、电缆导体为发热体，将电能转化的热能通过结构层内的导热将热量传到电缆表面，再通过电缆表面与冰雪之间的显热和潜热交换进行融雪除冰。发热电缆加热系统具有无污染、运行费用低、热稳定性好、控制方便等优势，不仅已在排水管道、石油管道防冻，及室内地板辐射取暖等领域得到广泛应用，而且也有将发热电缆应用于道路、桥梁、隧道的融雪除冰的研究报道。但发热电缆本身存在热量传递不良、温度影响范围小的问题，一般需要在整个换热界面范围内进行高密度布设，不仅电缆用量高，而且施工复杂。

散热结构可通过扩展换热面积提高热量交换效率，在电子设备、工程机械及民用取暖领域均得到了广泛的应用。但这些散热结构都是针对特定的换热界面条件而设计。目前，尚未见到能够实现快速、低成本工程应用及高效渠道防冰冻的发热电缆散热结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种寒冷地区渠道防冰冻电加热散热桥。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种寒冷地区渠道防冰冻电加热散热桥，该散热桥包括若干个异形传热管以及与渠壁接触的下传热板，所述异形传热管包括具有多个方向不同的散热表面的传热体，传热体内设置有管腔，异形传热管通过传热体与下传热板相连。

优选的，所述管腔的直径与发热电缆的直径相适应，以供发热电缆放置及穿行。

优选的，所述传热体的散热表面沿径向、切向或者其他介于切向与径向之间的方向布置在管腔外侧。

优选的，所述传热体包括三个径向截面为三角形的条形体，三个条形体围绕并固定于管腔的外侧，并与管腔连接为一体。

优选的，所述传热体还包括与下传热板接触(例如，贴合)的下传热平面定位板以及相对于下传热平面定位板向上倾斜一定角度的上传热平面定位板，上、下传热平面定位板通过不同的条形体支撑固定。

优选的，所述下传热板设置在渠道边坡上与水位线对应的渠壁位置处。

优选的，所述散热桥还包括上传热板，上传热板通过异形传热管与下传热板相连，上传热板的下部位于水位线之下，上传热板的上部位于水位线之上。

优选的，所述下传热板上布置有两个以上的并行排布的异形传热管(下传热板具体与异形传热管的下传热平面定位板相连)，上传热板设置在位置靠下的异形传热管上(上传热板具体与该异形传热管的上传热平面定位板贴合连接并向上伸出)。

一种寒冷地区渠道防冰冻电加热装置，包括若干个沿渠道流向延伸的发热电缆(例如，多个并行排列的直线形发热电缆)以及沿发热电缆延伸方向分段间隔布置的多个上述散热桥，每个发热电缆贯穿各散热桥的对应异形传热管的管腔。

本发明的有益效果体现在：

本发明提出的散热桥采用异形传热管放置发热电缆，并传导发热电缆产生的热量，扩大发热电缆温度影响范围，可以使得一定范围的渠冰融化，从而达到防止渠道冰冻的目的，延长渠道冬季输水时间。

进一步的，本发明利用散热桥可以将发热电缆固定在渠壁水位线处，并利用上传热板提高热量传递效果，从而防止水面在渠壁处形成岸冰，在较低的气温下也能够有效延缓渠道中的水结成冰盖。

附图说明

图1为散热桥截面示意图；

图2为异形传热管截面示意图；

图3为散热桥三维立体示意图；

图4为散热桥控制断面温度测点布置图；

图5为散热桥现场安装图；

图6为散热桥上各测点温度变化图；

图7为气温变化图；

图中：1为上传热板，2为下传热板，3为异形传热管，4为膨胀螺栓孔位，5为上传热平面定位板，6为下传热平面定位板，7为三角状的传热区域，8为螺丝孔位，9为25号温度测点，10为26号温度测点，11为27号温度测点，12为28号温度测点，13为29号温度测点，14为渠壁，15为控制柜，16为发热电缆，17为散热桥。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。所述实施例仅用于解释本发明，而非对本发明保护范围的限制。

(一)散热桥的结构

参见图1、图2及图3，本发明提供的散热桥包括上传热板1、下传热板2和异形传热管3。所述异形传热管3的内径(即管腔直径)与发热电缆的直径相适应(比发热电缆的直径略大)，以方便发热电缆在布设时穿过异形传热管管腔，并保持一定紧密程度的接触。异形传热管3径向截面外轮廓包括两个传热平面(即上传热平面定位板5和下传热平面定位板6)，分别用于搭接上传热板1和下传热板2，并用螺丝固定，使异形传热管3的上、下两个传热平面与对应的传热板通过贴合紧密接触，异形传热管3径向截面外轮廓还包括位于两个传热平面之间的三个围绕在异形传热管3管腔外侧的三角状的传热区域7，这些三角状的传热区域7与上述管腔及两个传热平面连接为一体，从而有利于散热桥的热量传导和结构稳固。

根据需要铺设的发热电缆数量，可以在下传热板2上固定相应数量的(通常并行排布)异形传热管3。

(二)散热桥的热量传递途径

参见图4，发热电缆发出的热量首先传递给异形传热管3管腔内壁，然后经三角状的传热区域7传导到异形传热管3的两个传热平面，最后通过与两个传热平面分别紧密接触的上、下传热板1、2将热量传到上、下传热板1、2外侧的渠道水位线及其附近的水体中。

以排布两个异形传热管为例，在寒冷环境中，渠道内水体的温度由水面沿深度方向呈递减趋势，为了将发热电缆的发热影响范围扩展到水面附近，给下方的异形传热管(位于水体内相对较深的位置)配备上传热板1，而上方的异形传热管已经在水面附近，则不需配备上传热板1。另外，上传热板1刺出水面(上传热板1与下传热板2之间存在一定夹角，例如，≤90°)，起到了分割附近水面的作用，随着气温降低，可以更有效的防止水面在渠壁处形成岸冰。

(三)渠道发热电缆融冰试验

参见图5，为方便运输与施工，散热桥17(铝合金制作)为一米一段。散热桥17按照图4装配，即将两个异形传热管3通过螺丝(下传热平面定位板6四角具有螺丝孔位8)固定在同一个下传热板2上，将一个上传热板2通过螺丝(上传热平面定位板5四角具有螺丝孔位8)固定在位置更靠下的异形传热管3的上传热平面定位板5上。用膨胀螺栓(膨胀螺栓孔位4位于下传热板2四角)将散热桥17固定在渠壁14上(渠道边坡水位线处)，并沿发热电缆16在渠壁的延伸方向逐段间隔安装。将两条并行的发热电缆16依次穿过对应排的异形传热管3，布置供电、温度传感器线路及控制系统后即可开始试验。试验中渠道未蓄水，散热桥直接暴露在空气中。

2019年11月下旬在新疆某渠道开展发热电缆融冰试验，取25号温度测点(25^#测点)9为控制测点，利用控制柜15中的温度反馈系统调节电缆输出功率，使控制测点处温度在10℃左右。

从图6可以看出，利用发热电缆加热散热桥过程中，散热桥上温度最大值可达8℃，散热桥上温度与大气温度(图7)相比高出10-15℃左右。

最终试验结果表明，在发热电缆加热中应用散热桥，可保证渠道边坡-10℃以上环境条件下不挂冰，有效延缓冰盖的形成，延长渠道冬季输水时间。

Claims (7)

1.一种寒冷地区渠道防冰冻电加热散热桥，其特征在于：该散热桥(17)包括若干个异形传热管(3)以及与渠壁(14)接触的下传热板(2)，所述异形传热管(3)包括具有多个散热表面的传热体，传热体内设置有管腔，异形传热管(3)通过传热体与下传热板(2)相连；

所述下传热板(2)设置在渠道边坡上与水位线对应的渠壁(14)位置处；

所述散热桥(17)还包括上传热板(1)，上传热板(1)通过异形传热管(3)与下传热板(2)相连，上传热板(1)的下部位于水位线之下，上传热板(1)的上部位于水位线之上。

2.根据权利要求1所述一种寒冷地区渠道防冰冻电加热散热桥，其特征在于：所述管腔的直径与发热电缆(16)的直径相适应。

3.根据权利要求1所述一种寒冷地区渠道防冰冻电加热散热桥，其特征在于：所述传热体的散热表面沿径向、切向或者介于切向与径向之间的方向布置在管腔外侧。

4.根据权利要求1或3所述一种寒冷地区渠道防冰冻电加热散热桥，其特征在于：所述传热体包括三个位于管腔外侧的径向截面为三角形的条形体，各条形体与管腔连接为一体。

5.根据权利要求4所述一种寒冷地区渠道防冰冻电加热散热桥，其特征在于：所述传热体还包括与下传热板(2)接触的下传热平面定位板(6)以及相对于下传热平面定位板(6)向上倾斜的上传热平面定位板(5)，上传热平面定位板(5)和下传热平面定位板(6)通过不同的条形体支撑固定。

6.根据权利要求1所述一种寒冷地区渠道防冰冻电加热散热桥，其特征在于：所述下传热板(2)上布置有两个以上的并行排布的异形传热管(3)，上传热板(1)设置在位置靠下的异形传热管(3)上。

7.一种寒冷地区渠道防冰冻电加热装置，其特征在于：包括若干个发热电缆(16)以及沿发热电缆(16)分段布置的多个散热桥(17)，所述散热桥(17)包括若干个异形传热管(3)以及与渠壁(14)接触的下传热板(2)，异形传热管(3)包括具有多个散热表面的传热体，传热体内设置有管腔，异形传热管通过传热体与下传热板(2)相连，发热电缆(16)设置在散热桥(17)的异形传热管(3)的管腔中；

所述下传热板(2)设置在渠道边坡上与水位线对应的渠壁(14)位置处；

所述散热桥(17)还包括上传热板(1)，上传热板(1)通过异形传热管(3)与下传热板(2)相连，上传热板(1)的下部位于水位线之下，上传热板(1)的上部位于水位线之上。

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