CN211872472U - 一种重力式与水平式热管相结合的道路融雪化冰装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种重力式与水平式热管相结合的道路融雪化冰装置，该装置安装于道路中，所述的道路由上至下依次包括道路面层、道路基层、变温层和恒温层，该装置包括热管、冲注于热管内的循环工质以及设置于热管上的翅片、保温层和防腐层，所述的热管包括设置于道路基层的冷凝放热段、设置于变温层的绝热段和设置于恒温层的蒸发吸热段，所述的冷凝放热段的热管为水平式热管，所述的绝热段和蒸发吸热段的热管为重力式热管，与现有技术相比，本实用新型具有无需动力、节能环保且效率高等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及道路融雪化冰装置，尤其是涉及一种重力式与水平式热管相结合的道路融雪化冰装置。
背景技术
我国北方冬天气候较为寒冷，尤其是下雪后，容易在道路上积雪或者结冰，使得路面的附着系数降低，这不仅使得汽车的制动距离大幅增加，而且容易造成汽车打滑翻车事故。轻则延误交通通行，重则会导致安全事故。目前针对冬季路面积雪结冰，我国主要采用融雪剂或进行人工除雪除冰，这一传统方法费时费力，效率较低。
专利公布号为CN 104404854 A的中国发明专利中公开了一种重力热管技术的道路降温与融雪系统，该专利利用重力热管将路面的温度收集升至上端，并通过水循环将上端的能量带走。
但是此方案存在缺点：热管埋设的深度没有给出，热管的散热段在地面上，在道路上难以实施应用；同时热管容易被腐蚀且热量容易散失。
专利公布号为CN 102277819 B的中国发明专利中公开了利用天然地热的地面调温融雪装置及其应用，该专利利用集热器中沸点低的热媒介吸收地下热能，吸热气化后的热媒介将热量直接传送到设置于地面或路面下方的散热器中，起到防止地面或路面上存留霜雪或融化霜雪的作用。
但是此方案存在缺点：热管散热段面积小，很难达到融雪要求，冷凝液体回流采用集流管，额外增加了耗材，设备装有许多阀件，容易损坏。同时热管散热段的热量容易向下扩散且容易被腐蚀。
专利公布号为CN201810051461.X的中国发明专利中公开了一种地温与太阳能重力式热管道路融雪系统及其应用方法技术方案。该专利的突破点在于在恒温层铺设了一层电发热网，采用太阳能蓄电池供电，确保恒温层的温度能够达到工质蒸发要求。
但是此方案存在缺点：热管蒸发段和冷凝段的工作性能受到热管形状的局限，同时大量的冷凝热同时散失到土壤且热管散热段面积过小，对于实现道路融雪有一定的困难。
授权公告号为CN1194145C的专利公开了一种利用地热的融雪装置，通过垂直埋设在地下的采热器以及在热交换器之间循环的第一不冻液采集地热，采集的地热通过热交换器，并随在热交换器与融雪场所设置的放热管之间循环着的第二不冻液的推移，在融雪场所释放热量来融化积雪，采热器和热交换器之间为了使第一不冻液循环而设有往路和回路，在该回路上设置有用于循环第一不冻液的循环泵。该专利是将地下的第一不冻液利用热交换器交换到第二不冻液，从而将热量传到地面进行融雪。
该技术存在一定的缺陷：第一，利用热交换器进行换热的过程中增加了热量损失；第二，第二不冻液不能完全吸收第一不冻液的热量，降低融雪速度；第三，热交换器容易出现堵塞、结垢等问题，降低换热效率；第四，采用循环泵作为动力源增加能耗；第五，放热管为S型，管路总阻力大，增加水泵能耗；最后，各部件需要通过连接口连接，对施工精度要求高，如果施工质量控制不严格，系统发生泄漏会污染岩土体及地下水。
申请公布号为CN107245923A的专利公开了一种利用浅层地热能的智能型桥面融雪化冰系统，包括地下集热系统、桥面散热系统、地源热泵、路面状况检测器和PLC控制系统，地下集热系统由水平和竖直地埋管构成循环回路，桥面散热系统由输送管、散热管和回流管构成循环回路，路面状况检测器嵌入到桥面表层并与 PLC控制系统连接。地下集热系统与桥面散热系统之间通过地源热泵连接。
该专利也存在一定的缺陷：首先埋设于桥梁桩基内部的竖直地埋管，热量由桩基通过桥墩传递至桥面的过程中会暴露于空气中，且桥墩一般为混凝土结构，是热的良好导体，因此热量损失严重，不能完全将竖直地埋管吸收的地热释放到桥面用以融雪化冰。水平地埋管埋设于路基内部，由于路基脱离了大地岩土体，因此路基的蓄热量较少，且也因为暴露于空气中，热量损失也较为严重。因此该技术的集热系统存在集热量不足且热损失严重的缺陷。其次，地下集热系统及桥面散热系统的换热介质为氯化钠、氯化钙盐水溶液或乙二醇、丙二醇水溶液，以上换热介质均为防冻液，是为了防止换热介质在循环过程中冻结。盐水溶液对大部分的金属具有腐蚀性，虽然该技术中的管材采用聚乙烯或聚丙烯塑料管，但仍会对热泵换热器产生腐蚀，且对皮肤和眼睛有刺激，若发生泄漏则对地下水的品质有影响。乙二醇、丙二醇水溶液使用寿命有限，且有毒。乙二醇在低温工况下粘度增加，这就需要增大泵的功耗，降低了整个热泵系统的效率。
申请公布号为CN 105019331 A的专利公开了一种智能电感应融雪、融冰系统。包括加热装置利用流经自身的交流电流产生的热能，并结合集肤效应对道路、桥梁和屋檐等进行融雪、融冰处理；控制装置根据接收的控制指令生成控制信号，用于对加热装置的工作状态进行控制；供电装置，用于为加热装置和控制装置供电，其利用了加热装置中通过的交流电流的阻抗、电磁感应、邻近效应和集肤效应将电能有效地转换为热能，从而对公共场所的积雪和积冰路面进行融雪和融冰处理，并通过控制装置有效的控制加热装置的工作状态。
但该系统也有一定的缺陷，首先直接采用电加热来融雪其耗电量太大，不经济，而且电加热的稳定性难以控制，如果出现漏电，那后果极为严重。其次各种控制装置，长期使用容易出现损坏现象，维修麻烦。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种无需动力、节能环保且效率高的重力式与水平式热管相结合的道路融雪化冰装置。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种重力式与水平式热管相结合的道路融雪化冰装置，该装置安装于道路中，所述的道路由上至下依次包括道路面层、道路基层、变温层和恒温层，该装置包括热管、冲注于热管内的循环工质以及设置于热管上的翅片、保温层和防腐层，所述的热管包括设置于道路基层的冷凝放热段、设置于变温层的绝热段和设置于恒温层的蒸发吸热段，所述的冷凝放热段的热管为水平式热管，所述的绝热段和蒸发吸热段的热管为重力式热管。
进一步地，所述的翅片包括散热翅片和吸热翅片，所述的散热翅片设置于蒸发吸热段的热管上，所述的吸热翅片设置于冷凝放热段的热管上，用于强化换热，提高融雪化冰的速度。
进一步地，所述的冷凝放热段的热管内装有吸液芯，所述的散热翅片设置于其朝向地面的一侧界面上，所述的绝热段和蒸发吸热段的热管与路面垂直设置，所述的绝热段连通蒸发吸热段的热管和冷凝放热段的热管，所述的吸热翅片设置于蒸发吸热段的热管周围。
更进一步地，所述的保温层分别设置于冷凝放热段的热管背向地面的一侧界面上、绝热段的热管周围和蒸发吸热段的热管周围，减小冷凝放热段的热管的热量向下散失、减小绝热段和蒸发吸热段的热管的热量散失，最大程度将热量全部传送至地表，提高融雪化冰的效率。
更进一步地，所述的防腐层分别设置于热管内壁和外壁以及散热翅片和吸热翅片上，热管外壁和翅片上的防腐层可以防止土壤中的物质对热管的腐蚀，热管内壁的防腐层可以避免循环工质对热管进行腐蚀。
进一步地，该装置还包括钢板，所述的钢板设置于热管外壁的防腐层和保温层之间，防止保温层以及热管被压变形或压坏。
优选地，所述的冷凝放热段呈工字形均匀水平设置于道路基层中，增大放热面积，提高融雪化冰的效率。
优选地，所述的保温层为聚氨酯保温层，其厚度大于等于5cm。
优选地，所述的循环工质的沸点在10℃-15℃之间，冷凝温度在0℃-5℃之间。
优选地，所述的道路面层的厚度大于等于15cm，所述的道路基层的厚度范围为25cm-30cm，所述的变温层位于地表15m以上，所述的恒温层位于地表15m以下，所述的蒸发吸热段设置于恒温层以下至少5m处。
蒸发吸热段中热管内的低沸点循环工质吸收恒温层的热量后蒸发，蒸发形成的气体由于压力差的作用，沿着绝热段上升到热管冷凝放热段中的水平式热管内部，气体在水平式热管中冷凝放热，提高道路基层和道路表层的温度，实现融雪化冰，同时气体冷凝放热后液化，液体流向吸液芯，在毛细力的作用下回流到绝热段中的重力式热管，并在重力的作用下，沿着绝热段中的热管内壁流向蒸发吸热段，无需额外采用集流管实现液体的回流。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
1)本实用新型通过在不同位置设置保温层，减小各段热管向土地散失的热量，最大程度将热量全部传送至地表，提高融雪化冰的效率；
2)本实用新型中，冷凝放热段呈工字形均匀水平设置于道路基层中，增大放热面积，提高融雪化冰的效率；
3)本实用新型通过在不同位置设置防腐层，确保该装置具有良好的防腐性，该融雪化冰装置安全可靠；
4)本实用新型通过低沸点循环工质的蒸发和冷凝实现换热，并利用重力作用实现循环，无需额外采用集流管实现液体的回流，实现无动力融雪化冰，节能环保。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
其中：1、道路面层，2、道路基层，3、变温层，4、恒温层，5、循环工质， 6、蒸发吸热段，7、绝热段，8、冷凝放热段，9、保温层，10、散热翅片，11、钢板，12、防腐层，13、吸热翅片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例：
如图1所示，本实用新型提供一种重力式与水平式热管相结合的道路融雪化冰装置，该装置安装于道路中，道路由上至下依次包括道路面层1、道路基层2、变温层3和恒温层4，该装置包括热管、散热翅片10、保温层9、防腐层12、循环工质5和钢板11，其中热管根据其所处位置和功能不同，分为蒸发吸热段6、绝热段 7和冷凝放热段8。
道路面层1为沥青路面，其厚度不小于15cm；道路基层2的厚度范围为25cm 至30cm，材料选用水泥稳定粒料或者是多孔隙水泥碎石；变温层3通常在地表15m 以上，恒温层4位于地表15m以下。
热管冷凝放热段8设置于道路基层1内，采用水平式热管，以工字形进行均匀布置，热管冷凝放热段8内的热管内部装有吸液芯，依靠毛细力使得液体回流，且其朝向地面的一侧界面上设置散热翅片10，散热翅片10用于强化换热，背向地面的一侧界面上依次设置保温层9、钢板11和防腐层12，同时散热翅片10上也设置防腐层12。
绝热段7设置于变温层3内，采用重力式热管，垂直于路面竖直设置，连接蒸发吸热段6和冷凝放热段8，绝热段7内的热管周围包裹保温层9和钢板11。
蒸发吸热段6设置于恒温层4内，且最少应在恒温层4以下5m的位置，确保设置位置的温度保持10℃以上，本实施例中优选确保温度保持在15℃，同样采用重力式热管，竖直设置，蒸发吸热段6内的热管周围包裹保温层和吸热翅片13，同时散热翅片10上也设置防腐层12。
本实施例中，防腐层12为涂抹的防腐涂料，涂抹时应确保每一个地方都刷到，从而确保该系统具有良好的防腐性；保温层9为聚氨酯保温层，其厚度不小于5cm，从而最大程度减小热管的热量散失；钢板11用于保护热管，要有一定的抗压能力，防止保温层9以及热管被压变形或压坏；循环工质5为低沸点工质，冲注与热管内，该工质沸点应该在10℃-15℃之间，冷凝温度在0℃-5℃，同时热管内部还涂有防低沸点工质腐蚀的材料，从而避免工质从内部对热管进行腐蚀；散热翅片10和吸热翅片13需要有一定的硬度，不容易因受到挤压而变形。
蒸发吸热段6中热管内的低沸点循环工质5吸收恒温层4的热量后蒸发，蒸发形成的气体由于压力差的作用，沿着绝热段7上升到热管冷凝放热段8中的水平式热管内部，气体在水平式热管中冷凝放热，提高道路基层2和道路表层1的温度，实现融雪化冰，同时气体冷凝放热后液化，液体流向吸液芯，在毛细力的作用下回流到绝热段7中的重力式热管，并在重力的作用下，沿着绝热段7中的热管内壁流向蒸发吸热段6，无需额外采用集流管实现液体的回流。
热管在安装使用前要进行抽真空，防止管内有空气等不凝性气体残留，从而影响热管工作性能。
在敷设重力式热管前要对埋设场地进行钻孔，钻孔工序依次包括：开孔、扩孔、钻进至终孔、二次探孔、下管、填埋密实、起拔套管。重力式热管下管时，为保证下管深度符合设计要求，必须做到提完钻杆后不停顿立即下管。
采用机械回填，确保回填密实度；注意防止散热翅片10在安装过程中被磨损或者散热翅片10因挤压而相互接触，因此在安装回填过程中一定要小心。
在安装水平式热管时，下方需要安装固定支架，确保水平式热管整体处于一个平面，在回填时注意热管冷凝放热段8上界面设有散热翅片10，避免被挤压而相互接触。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种重力式与水平式热管相结合的道路融雪化冰装置，该装置安装于道路中，其特征在于，所述的道路由上至下依次包括道路面层(1)、道路基层(2)、变温层(3)和恒温层(4)，该装置包括热管、冲注于热管内的循环工质(5)以及设置于热管上的翅片、保温层(9)和防腐层(12)，所述的热管包括设置于道路基层(2)的冷凝放热段(8)、设置于变温层(3)的绝热段(7)和设置于恒温层(4)的蒸发吸热段(6)，所述的冷凝放热段(8)的热管为水平式热管，所述的绝热段(7)和蒸发吸热段(6)的热管为重力式热管。
2.根据权利要求1所述的一种重力式与水平式热管相结合的道路融雪化冰装置，其特征在于，所述的翅片包括散热翅片(10)和吸热翅片(13)，所述的散热翅片(10)设置于蒸发吸热段(6)的热管上，所述的吸热翅片(13)设置于冷凝放热段(8)的热管上。
3.根据权利要求2所述的一种重力式与水平式热管相结合的道路融雪化冰装置，其特征在于，所述的冷凝放热段(8)的热管内装有吸液芯，所述的散热翅片(10)设置于其朝向地面的一侧界面上，所述的绝热段(7)和蒸发吸热段(6)的热管与路面垂直设置，所述的绝热段(7)连通蒸发吸热段(6)的热管和冷凝放热段(8)的热管，所述的吸热翅片(13)设置于蒸发吸热段(6)的热管周围。
4.根据权利要求3所述的一种重力式与水平式热管相结合的道路融雪化冰装置，其特征在于，所述的保温层(9)分别设置于冷凝放热段(8)的热管背向地面的一侧界面上、绝热段(7)的热管周围和蒸发吸热段(6)的热管周围。
5.根据权利要求3所述的一种重力式与水平式热管相结合的道路融雪化冰装置，其特征在于，所述的防腐层(12)分别设置于热管内壁和外壁以及散热翅片(10)和吸热翅片(13)上。
6.根据权利要求5所述的一种重力式与水平式热管相结合的道路融雪化冰装置，其特征在于，该装置还包括钢板(11)，所述的钢板(11)设置于热管外壁的防腐层(12)和保温层(9)之间。
7.根据权利要求3所述的一种重力式与水平式热管相结合的道路融雪化冰装置，其特征在于，所述的冷凝放热段(8)呈工字形均匀水平设置于道路基层(2)中。
8.根据权利要求4所述的一种重力式与水平式热管相结合的道路融雪化冰装置，其特征在于，所述的保温层(9)为聚氨酯保温层，其厚度大于等于5cm。
9.根据权利要求1所述的一种重力式与水平式热管相结合的道路融雪化冰装置，其特征在于，所述的循环工质(5)的沸点在10℃-15℃之间，冷凝温度在0℃-5℃之间。
10.根据权利要求9所述的一种重力式与水平式热管相结合的道路融雪化冰装置，其特征在于，所述的道路面层(1)的厚度大于等于15cm，所述的道路基层的厚度范围为25cm-30cm，所述的变温层(3)位于地表15m以上，所述的恒温层(4)位于地表15m以下，所述的蒸发吸热段(6)设置于恒温层(4)以下至少5m处。
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