CN220912084U - 道路主动融冰雪用具有高热传导效率的重力式无机热管 - Google Patents

Abstract

道路主动融冰雪用具有高热传导效率的重力式无机热管，重力式无机热管整体呈密封状态，其内部预先充入适量的介质，通过真空机抽取空气保持重力式无机热管内部呈一定的负压；吸热段（1）、绝热冷凝段（2）和散热段（3）的内壁通过电化学钝化设置有一层钝化膜，外壁涂刷有第一层防水涂料、包裹有一层玻璃纤维布、涂刷有第二层防水涂料；绝热冷凝段（2）的外部设置有一层一定壁厚的保护层，硬质聚氨酯泡沫塑料原液发泡形成绝热层。本实用新型利用重力式无机热管的冷凝重力回流传热机制，不需要提供外部动力，即可实现高速公路主动、环保的融雪除冰，还可以防止长期埋入地下后腐蚀现象的发生。

Description

道路主动融冰雪用具有高热传导效率的重力式无机热管

技术领域

本实用新型涉及道路施工技术领域，尤其是一种道路主动融冰雪用具有高热传导效率的重力式无机热管。

背景技术

冬季，我国部分地区会产生大量降雪，加上较低的气温，造成高速道路路面结冰。严重影响机动车辆、非机动车辆的行驶以及行人的出行，影响正常的生活和生产作业，甚至引发重大的交通事故，造成重大财产损失和人员伤亡。为解决道路冰雪问题，各种除冰扫雪的方式应运而生。尤其是前几年南方冬天发生的大面积冰雪灾害，更加凸显了专用除冰扫雪的重要性。

常规的除冰扫雪方式包括人工除冰雪、化学除冰雪，工程机械除冰雪。

人工除冰雪的主要方法是撒煤和洒盐水，加速冰雪融化，再用工具铲除冰雪。这种方法需要耗费大量煤炭和盐水，而且效果缓慢，费时费力，同时具有污染环境、腐蚀路面及车辆的副作用。

化学除冰雪的主要方法是使用车辆喷洒专用除冰液或防冰液。这种方式除冰速度较快，但是缺点是功能简单，只具备水路除冰装置，在积雪较厚的情况下要消耗大量的除冰液，同时也会产生化学腐蚀的副作用。

工程机械除雪主要有四种形式。推雪式、清扫式、抛雪式和小型除雪机。以上四种方式一般难以将路面清扫干净，而且不能去除较为坚硬的路面薄冰。如果采用普通的锤击和刮铲方式除冰，不加以控制可能会损坏路面。在机场为清除积雪与薄冰，利用航空发动机排除的燃气融化吹扫冰雪，虽然有效，但是能耗高，噪音大，而且仅局限于机场，难以普及到普通道路上来。

随着科学技术的不断进步，融化冰雪的方法也不断改进。由人工到机械再到自动化，由融雪剂除雪转化到更为环保的热融除雪。热融除雪法则分为化学法和热融化法。热融化法利用地热、电热、燃气等产生的热量使道路路面上的冰雪融化，其中地热融雪因其环保节能的先进性受到科研界和工程界的极大关注。地球不断从地底深处向地表与外部空间释放热能，浅层土壤地热资源是一种取之不尽的可再生能源，同时浅层土壤地热资源在具有高经济效益的同时，不产生任何污染，是一种高环保、高效益的可持续发展的绿色能源。

传统的热融除雪法中热管的工作介质采用油、乙醇等液体有机化合物，液体有机化合物作为有机介质热管工作时，管内存在较大压强，温度过高就会爆管。再者，还存在载体材料与其内部工质材料不相容，产生不凝性气体而腐蚀管壁的问题，容易导致热管失效。此外，传统的热融除雪法中热管长期埋入地下后也存在被腐蚀现象，导致热管的工作介质泄露，导致热管失效。

实用新型内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种道路主动融冰雪用具有高热传导效率的重力式无机热管。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

道路主动融冰雪用具有高热传导效率的重力式无机热管，重力式无机热管整体呈“7”字形状；重力式无机热管包括有吸热段1、绝热冷凝段2和散热段3，吸热段1为“7”字形状的竖直段下部，绝热冷凝段2为“7”字形状的竖直段上部，散热段3为“7”字形状的散热段3；

重力式无机热管整体呈密封状态，其内部预先充入适量的介质，通过真空机抽取空气保持重力式无机热管内部呈一定的负压；吸热段1、绝热冷凝段2和散热段3均采用碳钢钢管制成，吸热段1和绝热冷凝段2、绝热冷凝段2和散热段3的连接处均采用氩弧焊连续焊接；

吸热段1、绝热冷凝段2和散热段3的内壁通过电化学钝化设置有一层钝化膜101，钝化膜101为无机材料组合的钝化膜101；

吸热段1的外壁涂刷有第一层防水涂料102，第一层防水涂料102的外部包裹有一层玻璃纤维布103，玻璃纤维布103的外部涂刷有第二层防水涂料104；第一层防水涂料102和第二层防水涂料104均为聚氨酯涂料；

绝热冷凝段2的外部设置有一层一定壁厚的保护层201，保护层201采用高密度聚乙烯预制成塑料管材；保护层201和绝热冷凝段2之间空腔中注入硬质聚氨酯泡沫塑料原液，硬质聚氨酯泡沫塑料原液发泡形成绝热层202；

散热段3的外壁和吸热段1的外壁结构相同；散热段3的内壁上顶部设置有成半圆阵列状外凸形的冷凝散热面301，散热段3的内壁下底部设置有成内凹状的冷凝介质汇流槽303，冷凝散热面301的底部和冷凝介质汇流槽303的顶部为平滑连续的回流面302。

本实用新型还具有以下附加技术特征：

作为本实用新型技术方案进一步具体优化的：绝热冷凝段2和散热段3的夹角为90°-105°。

作为本实用新型技术方案进一步具体优化的：吸热段1、绝热冷凝段2和散热段3均采用直径3.2cm的碳钢制作而成。

作为本实用新型技术方案进一步具体优化的：吸热段1的长度为12.5m，吸热段1的深入地面8m以下的土壤恒温层；绝热冷凝段2的长度为1m；散热段3的长度为2.8m；散热段3的上表面与基层上表面平齐；重力式无机热管以40cm的间距平行铺设。

作为本实用新型技术方案进一步具体优化的：重力式无机热管内部充入的介质为多种无机材料的混合物。

本实用新型和现有技术相比，其优点在于：

本实用新型的道路主动融冰雪用具有高热传导效率的重力式无机热管，利用重力式无机热管的冷凝重力回流传热机制，将深层土体热量传导到地面提高路表温度，不需要提供外部动力，且具有较高的能效比。

本实用新型的道路主动融冰雪用具有高热传导效率的重力式无机热管无需提高任何外界能源和后期维护，仅需将其随道路施工一并埋设在道路特定深度处，即可实现高速公路主动、环保的融雪除冰。

本实用新型的道路主动融冰雪用具有高热传导效率的重力式无机热管，可以防止长期埋入地下后腐蚀现象的发生。

附图说明

图1为本实用新型的重力式无机热管主视结构示意图；

图2为本实用新型的吸热段1截面结构示意图；

图3为本实用新型的绝热冷凝段2截面结构示意图；

图4为本实用新型的散热段3截面结构示意图；

图5为本实用新型的重力式无机热管安装结构示意图。

附图标记说明：吸热段1、绝热冷凝段2、散热段3、钝化膜101、第一层防水涂料102、玻璃纤维布103、第二层防水涂料104、保护层201、绝热层202、凝散热面301、回流面302、冷凝介质汇流槽303。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型公开的示例性实施例。

实施例1

道路主动融冰雪用具有高热传导效率的重力式无机热管的工作原理：在密闭的重力式无机热管内，先抽成一定真空的负压，充入少量介质，重力式无机热管的吸热段1在地下热源的加热下，吸热段1内介质升温汽化，产生的汽化汽体在微小的压差下流向热管上端的绝热冷凝段2，绝热冷凝段2管内介质凝结后放热，经由散热段3将热量传输给散热段3外部的沥青基层。绝热冷凝段2内介质凝结后形成冷凝液，冷凝液靠自身重力作用回流至吸热段1再次受热，完成一个循环的过程。周而复始，形成循环体系。

道路主动融冰雪用具有高热传导效率的重力式无机热管，重力式无机热管整体呈“7”字形状；重力式无机热管包括有吸热段1、绝热冷凝段2和散热段3，吸热段1为“7”字形状的竖直段下部，绝热冷凝段2为“7”字形状的竖直段上部，散热段3为“7”字形状的散热段3。

重力式无机热管整体呈密封状态，其内部预先充入适量的介质，通过真空机抽取空气保持重力式无机热管内部呈一定的负压；吸热段1、绝热冷凝段2和散热段3均采用碳钢钢管制成，通过化学清洗除锈、机械加工、防腐喷涂、管壳的检漏、填充介质、抽真空、封口测试等一系列过程制作。吸热段1和绝热冷凝段2、绝热冷凝段2和散热段3的连接处均采用氩弧焊连续焊接。

吸热段1、绝热冷凝段2和散热段3的内壁通过电化学钝化设置有一层钝化膜101，钝化膜101为无机材料组合的钝化膜101；吸热段1的外壁涂刷有第一层防水涂料102，第一层防水涂料102的外部包裹有一层玻璃纤维布103，玻璃纤维布103的外部涂刷有第二层防水涂料104；第一层防水涂料102和第二层防水涂料104均为聚氨酯涂料；钝化膜101和“两油一布”的方式可以有效的保护吸热段1，防止吸热段1长期埋入地下后发生腐蚀现象。

绝热冷凝段2的外部设置有一层一定壁厚的保护层201，保护层201采用高密度聚乙烯预制成塑料管材；保护层201和绝热冷凝段2之间空腔中注入硬质聚氨酯泡沫塑料原液，硬质聚氨酯泡沫塑料原液发泡形成绝热层202。

绝热冷凝段2的保温层施工工艺：绝热冷凝段2的钢管外表面经过抛丸除锈工艺处理后，钢管除锈等级可达到GB8923-1988标准中的Sa2级，表面粗糙度满足GB6060.5-88标准中R=12.5微米；为了保护绝热层202免遭机械硬物破坏和防腐防水，在绝热冷凝段2的外层采用高密度聚乙烯预制成一层一定壁厚的塑料管材作为保护层201，再用高压发泡机在绝热冷凝段2钢管与外护层之间形成的空腔中注入硬质聚氨酯泡沫塑料原液，硬质聚氨酯泡沫塑料原液发泡形成绝热层202。这样绝热冷凝段2就可以达到防水、保温、支撑热网自重等目的。

散热段3的外壁和吸热段1的外壁结构相同；散热段3的内壁上顶部设置有成半圆阵列状外凸形的冷凝散热面301，散热段3的内壁下底部设置有成内凹状的冷凝介质汇流槽303，冷凝散热面301的底部和冷凝介质汇流槽303的顶部为平滑连续的回流面302。

散热段3的冷凝散热面301，可以增大介质的冷凝散热面积，可以提高热传导效率。平滑连续的回流面302的设置，可以更快的将冷凝散热面301下落的冷凝介质回流到冷凝介质汇流槽303中。冷凝介质汇流槽303的设置，可以更快的将冷凝介质收集回流。

绝热冷凝段2和散热段3的夹角为90°-105°，散热段3呈一边高一边低的状态，可以使得散热段3的冷凝介质汇流槽303中的冷凝介质，更快的回流到绝热冷凝段2和散热段3中，可以提高热传导效率。

作为优化的，重力式无机热管施工时，吸热段1的长度为12.5m，吸热段1的深入地面8m以下的土壤恒温层；绝热冷凝段2的长度为1m，避免热量损失，使其更多的向路面传导；散热段3的长度为2.8m；散热段3的上表面与基层上表面平齐。重力式无机热管以40cm的间距平行铺设。

作为优化的，重力式无机热管施工时，重力式无机热管内部充入的介质为多种无机材料的混合物。重力式无机热管的工作介质是热管热导率和传热速度的关键因素，选用多种无机材料的混合物作为无机介质热传导的高效传热技术，具备无污染、无放射性、无毒、无腐蚀，介质蒸气压低，工作温区宽，使用寿命长，成本低等一系列优点，比传统热管无可比拟的优良性能。

实施例2

道路主动融冰雪用具有高热传导效率的重力式无机热管的施工方法：

步骤1：地温调查。

重力式无机热管埋设前进行地温调查，地温测量方法常用钻孔测温和浅井测温等，利用电阻温度计测量井液温度代替所测深度地层的温度。

步骤2：重力式无机热管的制作及工作介质选取。

此步骤内容参考实施例1。

步骤3：重力式无机热管的监测点布置。

温度检测采用无线电传输的温度监测系统，由传感器监测到温度后，通过无线电的方式上传至无线电监控主机，再通过网口上传至电脑软件平台。温度监测点布置共设置不少于6个温度测点。吸热段1的管底1.5m处设置一个温度测点，然后每隔3米设置一个温度测点，共4个检测点；绝热冷凝段2中间部位，间距1.4m处设置一个温度测点；最后一个设置在两无机热管中间的上面层1cm埋深处。

步骤4：重力式无机热管的定点放线。

重力式无机热管布置在各行车道的中间位置，重力式无机热管的两端距离行道标线中心距离为车道宽度-热管水平长度/2，主线3.75米车道该距离为47.5厘米。重力式无机热管的钻孔位置应位于道路横坡高程较低处，对于超高路段应进行单独调整、校对，务必确保热管散热段3坡度大于1°的要求。采用全站仪进行放线，孔距40cm，石灰撒布成方格网并用木桩标记。

步骤5：散热段3成槽作业。

采用切割机切割槽宽4cm，槽深3.2cm，人工开挖，确保管顶最高点与柔性沥青基层顶部齐平。

步骤6：吸热段1和绝热冷凝段2的钻孔作业。

钻孔孔径大小，一是要确保吊装重力式无机热管时，重力式无机热管不得碰撞孔壁，以免造成外防腐层破坏，二是需确保水泥砂浆顺利灌入孔壁缝隙，确保密实性，防止形成空洞而造成重力式无机热管吸热的不利影响。

根据测量放样的定位，采用潜孔钻钻孔，终孔直径拟为10cm，孔深大于13.5m确保散热段3顶与柔性基层顶平齐。准确安装固定钻机，并严格认真进行机位调整，确保按照设计要求的孔长、孔径及垂直度进行钻孔，严格注意质量，逐孔进行验收记录。

步骤7：重力式无机热管起吊、安装、固定。

采用25T吊车进行其起吊，吊绳捆绑在重力式无机热管的弯曲段附近，尽量使重力式无机热管竖直段保持垂直状态，缓慢放入已验收好的钻孔内。吊入过程中重力式无机热管不要碰撞孔壁，以免对管道外侧的防腐层造成破坏。散热段3则放入已挖好的开挖沟槽内，使用石块卡在管道与槽壁之间缝隙内，即可使之固定。

步骤8：吸热段1水泥砂浆回灌作业。

按照钻孔孔径大小，重力式无机热管与孔壁之间的缝隙约为7cm。灌注前，采用薄钢板制作漏斗型机具，漏斗底直径约为48cm，方便插入孔洞内，漏斗顶直径便于灌注砂浆为宜。漏头一侧预留缺口，缺口宽度32cm×32cm，便于卡在散热段3上，确保重力式无机热管的的竖直段管道处于中心部位，采用M7.5水泥砂浆灌注直至冒顶为止。

步骤9：散热段3坑槽回填修补及养护作业。

放入散热段3坑槽内的散热段3管道顶与面层顶平齐，使用液化气喷灯进行烘干，保持干燥，将加热到要求温度的改性乳化沥青灌入槽内，将散热段3，回填密实并按要求进行养护。

步骤10：温度数据采集及分析作业。

全部施工完毕后，选在当日温度最低时候对温度监测系统进行测试。从各监测点传感器测得的温度监测数据传输至软件系统上，与地热温度及冷凝段温度及周围环境温度进行对比，分析其转热能力和散热能力。因地热温度处于恒温状态，又受液态工质充填量的限制，液面工质与管壁接触面积小，将导致重力热管启动慢。当夏季气温过高时，冷凝段无法使蒸汽介质冷却成液态回流或是未达到重力热管的集热端已被蒸发，管内充填介质汽态，而使得管壳温度升高将超过地热温度，具有向地层散热的效果。当冬季外界气温降低或已降冰雪时，蒸汽受冷凝成液态，重力回流至蒸发端，达到循环机制，地热传递至路面结构以达到自动融化冰雪目的。

以上对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。

Claims (4)

1.道路主动融冰雪用具有高热传导效率的重力式无机热管，其特征在于：

重力式无机热管整体呈“7”字形状；重力式无机热管包括有吸热段（1）、绝热冷凝段（2）和散热段（3），所述吸热段（1）为“7”字形状的竖直段下部，所述绝热冷凝段（2）为“7”字形状的竖直段上部，所述散热段（3）为“7”字形状的散热段（3）；

重力式无机热管整体呈密封状态，其内部预先充入适量的介质，通过真空机抽取空气保持所述重力式无机热管内部呈一定的负压；所述吸热段（1）、绝热冷凝段（2）和散热段（3）均采用碳钢钢管制成，所述吸热段（1）和所述绝热冷凝段（2）、所述绝热冷凝段（2）和所述散热段（3）的连接处均采用氩弧焊连续焊接；

所述吸热段（1）、所述绝热冷凝段（2）和所述散热段（3）的内壁通过电化学钝化设置有一层钝化膜（101），所述钝化膜（101）为无机材料组合的钝化膜（101）；

所述吸热段（1）的外壁涂刷有第一层防水涂料（102），第一层防水涂料（102）的外部包裹有一层玻璃纤维布（103），玻璃纤维布（103）的外部涂刷有第二层防水涂料（104）；所述第一层防水涂料（102）和所述第二层防水涂料（104）均为聚氨酯涂料；

所述绝热冷凝段（2）的外部设置有一层一定壁厚的保护层（201），所述保护层（201）采用高密度聚乙烯预制成塑料管材；所述保护层（201）和所述绝热冷凝段（2）之间空腔中注入硬质聚氨酯泡沫塑料原液，硬质聚氨酯泡沫塑料原液发泡形成绝热层（202）；

所述散热段（3）的外壁和所述吸热段（1）的外壁结构相同；所述散热段（3）的内壁上顶部设置有成半圆阵列状外凸形的冷凝散热面（301），所述散热段（3）的内壁下底部设置有成内凹状的冷凝介质汇流槽（303），所述冷凝散热面（301）的底部和所述冷凝介质汇流槽（303）的顶部为平滑连续的回流面（302）。

2.根据权利要求1所述的道路主动融冰雪用具有高热传导效率的重力式无机热管，其特征在于：所述绝热冷凝段（2）和所述散热段（3）的夹角为90°-105°。

3.根据权利要求1所述的道路主动融冰雪用具有高热传导效率的重力式无机热管，其特征在于：所述吸热段（1）、绝热冷凝段（2）和散热段（3）均采用直径3.2cm的碳钢制作而成。

4.根据权利要求1所述的道路主动融冰雪用具有高热传导效率的重力式无机热管，其特征在于：所述吸热段（1）的长度为12.5m，所述吸热段（1）的深入地面8m以下的土壤恒温层；所述绝热冷凝段（2）的长度为1m；所述散热段（3）的长度为2.8m；所述散热段（3）的上表面与基层上表面平齐；所述重力式无机热管以40cm的间距平行铺设。