间壁换热式路面融雪化冰系统技术方案

本实用新型专利技术涉及路面融雪化冰领域，公开了一种间壁换热式路面融雪化冰系统。本实用新型专利技术公开的路面融雪化冰系统，包括路面结构、供热装置、主热媒管和若干热管单元，所述热管单元包括蒸发段和发热段，所述主热媒管连接于热管与供热装置之间，所述热管单元的发热段埋设于路面结构内，所述热管单元的蒸发段与主热媒管隔离换热。该路面融雪化冰系统通过利用热管单元从主热媒管隔离换热，将热量输送至路面结构，即使某根热管单元破损，仅会造成破损的热管失效，而其他热管单元和主热媒管则不会收到影响，整个融雪化冰系统仍可保持正常运行。

【技术实现步骤摘要】
间壁换热式路面融雪化冰系统
本技术涉及路面融雪化冰领域，尤其是一种间壁换热式路面融雪化冰系统。
技术介绍
冬季道路积雪、结冰对交通通行有着严重的威胁，轻则造成交通拥堵，重则引发交通事故。目前道路除雪去冰方式主要有传统机械铲雪、融雪剂化雪和道路加热融雪等方式。其中，传统机械铲雪人力消耗大、效率低，融雪剂化雪对环境有一定的污染，道路加热融雪化冰虽然建设成本较高，但是也最具发展前景。道路加热融雪化冰主要有直接电加热、流体管道加热、热管加热等方式。相较于直接电加热，流体管道加热常配合热泵使用，具有较高的加热效率，还可以采用更为广泛多样的热源，但通常需要埋设大量的管道，管径较粗，且只能埋设较深层位，常用于水泥混凝土路面或桥面。热管是一种传热性极好的人工构件，其充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属，路面融冰雪主要采用重力式热管。重力式热管由三部分组成：主体为一根封闭的金属管(管壳)，内部空腔内有少量工作介质(工作液)和毛细结构(管芯)。从传热状况看，热管沿轴向可分为蒸发段和冷凝段，根据应用需要在两段中间可布置绝热段。热管的基本工作原理是：在热管的蒸发段，管芯内的工作液体受热蒸发，并带走热量，该热量为工作液体的蒸发潜热，蒸汽从中心通道流向热管的冷凝段，凝结成液体，同时放出潜热，在毛细力的作用下，液体回流到蒸发段，这样，就完成了一个闭合循环，从而将大量的热量从加热段传到冷凝段。目前，采用流体管道、热管加热融雪化冰现有技术中已有较多的公开，例如，申请号为201020616426.7、201020258711.6等专利申请以及《基于热管技术的机场道面融雪性能试验研究》、《重力热管/土壤源热泵符合式道路融雪系统传热特性研究》、《流体加热道路融雪系统温—湿耦合融雪模型及仿真分析》等文献中均有相关技术的公开。其融雪化冰所利用的热源有电能、地热、空气源、太阳能等，具体热量传输方式有热管传输、水热循环传输等。现有的重力式热管反重力能力差，只能用于重力场，且存在携带现象，热传导能力有限，特别是水平传热能力，且管径粗为，28～44mm，埋深较深，垂直段通常在10m左右，水平段8cm～15cm，施工难度大，造价高，限制了其使用范围。热管热负荷大都在40～100W/m2，极端情况下可达700W/m2，但需要管径更粗(大于25mm)，热流体可提供负荷400W/m2。除采用重力热管外，流体管道加热系统也是目前研究较多的融雪化冰方式。流体管道加热系统通常包括热源机构以及与热源机构相连接的主热媒管，蛇形的发热流体管或者多根发热管道直接与主热媒管连通，例如申请号为201220074979.3的专利申请即是此类。相对于现有的重力式热管融雪系统，发热流体管可以采用更为丰富的热源，管道布设和融雪效果也更好，但是，其也存在问题：水平向温降大，传输距离受限，且一旦发热管道有一处损坏，就会使管道内的换热介质泄漏，影响系统的整体融雪化冰效果，甚至会导致系统整体失效，由于埋在道路内部，损坏后需要对系统进行全部检查，施工难度大，维修代价也更高。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种间壁换热式路面融雪化冰系统，防止一处管道破损影响系统的整体运行。本技术公开的路面融雪化冰系统，包括路面结构、供热装置、主热媒管和若干热管单元，所述热管单元包括蒸发段和发热段，所述主热媒管连接于热管单元与供热装置之间，所述热管单元的发热段埋设于路面结构内，所述热管单元的蒸发器与主热媒管隔离换热。优选地，所述热管单元为环路热管，所述环路热管包括发热回路、蒸发管、回液管和蒸发器，所述发热回路的两端分别与蒸发管以及回液管相连通，所述蒸发器与主热媒管隔离换热，所述蒸发管和回液管分别与蒸发器相连通，所述发热回路埋设于路面结构内。优选地，所述热管单元为重力式热管，所述蒸发器设置于主热媒管内，所述蒸发管连接于蒸发器的顶部，所述回液管延伸至蒸发器的底部。优选地，所述热管单元为重力式热管，所述蒸发器包覆于主热媒管外，所述蒸发管连接于蒸发器的顶部，所述蒸发器连接有止逆管，所述止逆管的上部与蒸发器相连通，所述回液管延伸至止逆管的底部。优选地，所述路面结构为水泥路面或者沥青路面。优选地，所述路面结构为沥青路面，所述热管单元为重力型热管，所述热管单元的发热段埋设深度为2.5～6cm，管径为2～5mm，所述主热媒管埋设深度为40～60cm。优选地，所述供热装置包括换热器和空气能热泵，所述空气能热泵包括低温管路与高温管路，所述换热器连接于低温管路，所述主热媒管连接于高温管路。优选地，所述的路面融雪化冰系统设置有河水换热槽，所述河水换热槽与附近的河流或湖泊相连通，所述换热器设置于河水换热槽内。优选地，所述供热装置包括至少2个空气能热泵，各空气能热泵并联于高温管路上。优选地，所述供热装置还设置有电磁锅炉，所述电磁锅炉连接于主热媒管上，并且与空气能热泵相串联。本技术的有益效果是：该路面融雪化冰系统通过利用热管单元从主热媒管隔离换热，将热量输送至路面结构，有效增加水平传热距离，即使某根热管单元破损，仅会造成破损的热管单元失效，其他热管单元和主热媒管则不会收到影响，整个融雪化冰系统仍可保持正常运行。附图说明图1a-图1c依次为环路热管间距6cm、8cm及10cm的布设示意图；图2是温度传感器的竖向布置示意图；图3是无冰条件下不同温度热管的流体温度升温到1℃时的升温速率图；图4是采用不同管径热管的升温速率图；图5是采用不同的热管间距的升温速率图；图6a和图6b分别是不同加热功率条件下路表和4cm深度的升温速率图；图7是不同温度下以3.5℃/h作为目标升温速率的区间示意图；图8a和图8b分别是-5℃和-15℃环境下不同冰层厚度的加热温度变化曲线；图9是不同环境温度下升温速率图；图10a和图10b分别是热管埋设深度4cm和埋设深度10cm的升温曲线；图11是一种热管埋设实施方式的示意图；图12是不同环境温度下传导热功率的折线图；图13是不同热管间距传导热功率的条形图；图14是另一种热管埋设实施方式的示意图；图15是环路热管与主管的布置图；图16是轮迹带与非轮迹带的示意图；图17是供热装置的示意图。附图标记：蒸发器1，蒸发管2，发热回路30，保温段3，发热段4，回液管5，保温材料6，主热媒管7，水泥混凝土8，管道支架9，止逆管10，空气能热泵11，电磁锅炉12，换热器13，换热槽14，环路热管15，非轮迹带16，轮迹带17。具体实施方式本技术的间壁换热式路面融雪化冰系统可用于水泥路面和沥青路面。该路面融雪化冰系统，包括路面结构、供热装置、主热媒管和若干热管单元，所述热管单元包括蒸发段和发热段，所述主热媒管连接于热管与供热装置之间，所述热管单元的发热段埋设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.间壁换热式路面融雪化冰系统，其特征在于，包括路面结构、供热装置、主热媒管(7)和若干热管单元，所述热管单元包括蒸发段和发热段(4)，所述主热媒管(7)连接于热管与供热装置之间，所述热管单元的发热段(4)埋设于路面结构内，所述热管单元的蒸发段与主热媒管(7)隔离换热。/n

【技术特征摘要】
1.间壁换热式路面融雪化冰系统，其特征在于，包括路面结构、供热装置、主热媒管(7)和若干热管单元，所述热管单元包括蒸发段和发热段(4)，所述主热媒管(7)连接于热管与供热装置之间，所述热管单元的发热段(4)埋设于路面结构内，所述热管单元的蒸发段与主热媒管(7)隔离换热。


2.如权利要求1所述的间壁换热式路面融雪化冰系统，其特征在于：所述热管单元为环路热管(15)，所述环路热管(15)包括发热回路(30)、蒸发管(2)、回液管(5)和蒸发器(1)，所述发热回路(30)的两端分别与蒸发管(2)以及回液管(5)相连通，所述蒸发器(1)与主热媒管(7)隔离换热，所述蒸发管(2)和回液管(5)分别与蒸发器(1)相连通，所述发热回路(30)埋设于路面结构内。


3.如权利要求2所述的间壁换热式路面融雪化冰系统，其特征在于：所述热管单元为重力式环路热管，所述蒸发器(1)设置于主热媒管(7)内，所述蒸发管(2)连接于蒸发器(1)的顶部，所述回液管(5)延伸至蒸发器(1)的底部。


4.如权利要求2所述的间壁换热式路面融雪化冰系统，其特征在于：所述热管单元为重力式热管，所述蒸发器(1)包覆于主热媒管(7)外，所述蒸发管(2)连接于蒸发器(1)的顶部，所述蒸发器(1)连接有止逆管(10)，所述止逆管(10)的上部与蒸发器(1)相连通，所述回液管(5)延伸...

【专利技术属性】
技术研发人员：张蓉，周水文，袁竹，张晓华，赵坤，袁婷君，李忠光，毛成，何平芝，
申请(专利权)人：四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，成都康宇医用设备工程有限公司，成都昊森电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51