一种用于路面太阳能集热蓄能与地热能融雪的装置

1.本发明涉及路面太阳能技术领域，特别是涉及一种用于路面太阳能集热蓄能与地热能融雪的装置。


背景技术：

2.夏季太阳照射会造成路面温度过高，高温时的沥青路面面层的温度可高达60℃—70℃，部分地区可以达到70℃以上。如此高的温度会导致路面的高温变形，冬季温度骤降时，过大的温差将产生温度应力，易导致路面产生温缩裂缝。冬季路面积雪结冰会严重影响道路交通安全，极易引发交通事故。
3.对路面进行太阳能集热，将热能储存在土壤中，冬季提取土壤热能用于道路融雪除冰，既可以有效降低夏季路面温度，延长路面使用寿命，又可以实现路面融雪除冰。现有技术依靠流体温度变化产生的显热冷却、加热路面，热流密度小，需要设置热泵机组、铺设密集的管道，冷却、加热路面的效率低，且能耗大。
4.热管装置依靠流体相变潜热来传热，传热系数和换热量比无相变的显热传递方式大得多。已有的利用热管的地热能路面融雪除冰技术采用整体式热管换热器只能在冬季提取土壤热能用于路面加热，夏季自动停止运行，无法实现夏季集热蓄能。长期提取土壤热能运行将导致冬季土壤温度逐年降低，会影响后续年份的热管融雪除冰效果。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种用于路面太阳能集热蓄能与地热能融雪的装置，以解决上述现有技术存在的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种用于路面太阳能集热蓄能与地热能融雪的装置，包括呈环路设置的热管，所述热管内注入有传热工质，所述热管从上至下依次划分为路面段、绝热段和土壤段，位于所述路面段上的所述热管以一定的坡度布置在路面以下，位于所述土壤段的所述热管与地面之间竖直设置，且位于所述土壤段的所述热管与土壤之间填充有回填材料，所述热管上安装有开关控制部，所述开关控制部设置在所述热管的所述绝热段上，所述开关控制部用于控制所述热管内的所述传热工质的循环流动。
7.优选的，所述开关控制部包括设置在所述热管上的第一电磁阀，所述第一电磁阀电性连接有控制器，所述热管的所述绝热段上沿所述传热工质流动方向连通有液泵和第二电磁阀，所述液泵和第二电磁阀串联设置，所述第一电磁阀与所述液泵和第二电磁阀之间并联设置，所述第二电磁阀和所述液泵均与所述控制器电性连接，所述第一电磁阀、所述第二电磁阀和所述液泵均设置在所述热管的所述绝热段。
8.优选的，所述液泵为无泄露的磁力泵。
9.优选的，热管的环路为外表面包覆有防腐蚀材料的不锈钢管。
10.优选的，位于所述绝热段所述热管的外壁包覆有保温材料。
11.优选的，位于所述土壤段的所述热管设置为u形结构。
12.优选的，位于所述路面段的所述热管布置在路面以下8—20cm处；位于所述土壤段的所述热管设置在地面以下的长度为8—12m。
13.优选的，位于所述路面段的所述热管以1％—3％的坡度布置在路面以下。
14.本发明公开了以下技术效果：
15.1.本发明夏季时，当路面与土壤温差达到高限设定值，此时热管的路面段成为蒸发段，土壤段成为冷凝段，蒸发段内的液体吸热蒸发成为蒸气，在开关控制部的循环作用下，实现冷凝段内液体与蒸发段内蒸气的循环，蒸气进入冷凝段后冷凝放热，热量通过回填材料导入土壤，冷凝段内液体在液泵驱动下进入蒸发段吸热蒸发，如此循环，便可以将高温路面的热量转移至土壤内，当路面与土壤温差达到低限设定值，通过开关控制部关闭液泵和第二电磁阀；冬季时，路面段成为冷凝段，土壤段成为蒸发段，蒸发段内的液体吸收夏季储存在土壤内的热量蒸发，在下降管与上升管之间流体密度差作用下向上流动，进入至路面段冷凝放热，使路面温度保持在零度以上，达到融雪化冰的目的。
16.2.本发明突破了现有技术只能在冬季由热管提取地热能融雪除冰的局限，通过热管在夏季时收集路面热量为土壤蓄能补热，恢复土壤温度，保证了热管长期稳定的融雪除冰效果，同时也可以有效降低夏季路面温度，延长路面使用寿命。
17.3.本发明采用的环路式热管将蒸发和冷凝过程分离，蒸气与液体有单独的管道，与整体式热管相比，降低了蒸发段与冷凝段的热阻，降低了流动阻力，避免了整体式热管气液相向流动造成的气液夹带现象，从而提高了热管的换热效率。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明一种用于路面太阳能集热蓄能与地热能融雪的装置的结构示意图；
20.图2为本发明一种用于路面太阳能集热蓄能与地热能融雪的装置的俯视图；
21.图3为本发明一种用于路面太阳能集热蓄能与地热能融雪的装置夏季集热蓄能运行示意图；
22.图4为本发明一种用于路面太阳能集热蓄能与地热能融雪的装置冬季融雪化冰运行示意图；
23.图5为多个用于路面太阳能集热蓄能与地热能融雪的装置并排设置示意图。
24.其中，1、热管；2、路面段；3、绝热段；4、土壤段；5、第一电磁阀；6、第二电磁阀；7、磁力泵；8、回填材料；9、路面；10、检查井。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
26.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
27.实施例1：
28.本发明提供一种用于路面太阳能集热蓄能与地热能融雪的装置，包括呈环路设置的热管1，热管1内注入有传热工质，热管1从上至下依次划分为路面段2、绝热段3和土壤段4，位于路面段2上的热管1以一定的坡度设置在路面以下，位于土壤段4的热管1与地面之间竖直设置，且位于土壤段4的热管1与土壤之间填充有回填材料8，热管1上安装有开关控制部，开关控制部设置在热管1的绝热段3上，开关控制部用于控制热管1内传热工质的循环流动。
29.循环工质采用r134a，回填材料8为细沙、膨润土与水泥的混合浆体。夏季时，当路面与土壤温差达到高限设定值，此时热管1的路面段2成为蒸发段，土壤段4成为冷凝段，蒸发段内的液体吸热蒸发成为蒸气，在开关控制部的循环作用下，实现冷凝段内液体与蒸发段内蒸气的循环，蒸气进入冷凝段后冷凝放热，热量通过回填材料8导入土壤，冷凝段内液体在液泵驱动下进入蒸发段吸热蒸发，如此循环，便可以将高温路面的热量转移至土壤内；冬季时，路面与土壤温差达到低限设定值，路面段2成为冷凝段，土壤段4成为蒸发段，蒸发段内的液体吸收夏季储存在土壤内的热量蒸发，在下降管与上升管之间流体密度差作用下向上流动，进入至路面段2冷凝放热，使路面温度保持在零度以上，达到融雪化冰的目的。
30.进一步的，开关控制部包括设置在热管1上的第一电磁阀5，第一电磁阀5电性连接有控制器，热管1绝热段3上沿传热工质流动方向连通有液泵和第二电磁阀6，液泵和第二电磁阀6串联设置，第一电磁阀5与液泵和第二电磁阀6之间并联设置，第二电磁阀6和液泵均与控制器电性连接，第一电磁阀5、第二电磁阀6和液泵均设置在热管1的绝热段3。
31.夏季使用时，热管1的路面段2吸热蒸发，此时通过控制器打开第二电磁阀6和液泵，在液泵的作用下，使得路面段2内的蒸气与土壤段4内的液体进行循环。冬季时，关闭液泵和第二电磁阀6，打开第一电磁阀5，土壤段4内的液体吸收夏季储存在土壤内的热量蒸发，在下降管与上升管之间流体密度差的作用下向上流动，路面段2内的液体向下流入至土壤段4内，实现循环。
32.进一步的，液泵为无泄露的磁力泵7。
33.进一步的，热管1的环路为外表面包覆有防腐蚀材料的不锈钢管。
34.进一步的，位于绝热段3热管1的外壁包覆有保温材料。保温材料选择保温泡沫。
35.进一步的，位于土壤段4的热管1设置为u形结构。
36.进一步的，位于路面段2的热管1布置在路面以下8—20cm处；位于土壤段4的热管1设置在地面以下的长度为8—12m。
37.进一步的，位于路面段2的热管1以1％—3％的坡度布置在路面以下。
38.具体实施方式，在路基旁的钻孔，钻孔深度为8—12m，将热管1的土壤段4竖直插入至钻孔内，并在热管1与土壤之间灌入细沙、膨润土与水泥的混合浆体，将热管1的路面段2以1％—3％的坡度布置在路面以下8—20cm处，并在热管1绝热段3的外壁包覆保温泡沫进行保温，夏季时，当路面与土壤温差达到设定值，通过控制器打开第二电磁阀6和磁力泵7，热管1路面段2内的液体吸收热量蒸发形成蒸气，在磁力泵7的作用下，使土壤段4内的液体
进入至路面段2进行蒸发，蒸气进入至土壤段4内冷凝放热，将高温路面的热量储存至土壤内，当路面与土壤温差达到低限设定值，通过开关控制部关闭磁力泵7和第二电磁阀6；冬季时，通过控制器打开第一电磁阀5，关闭第二电磁阀6和磁力泵7，土壤段4内的液体吸收土壤的热量蒸发，蒸气在下降管与上升管之间流体密度差的作用下向上流动，在路面段2内冷凝放热，使路面温度保持在零度以上，达到融雪化冰的目的。
39.实施例2：
40.在实施时，一个热管1的管道间距为250—300mm，需要在路面9并排设置多个热管1，多个热管1由同一个控制器控制，绝热段3和开关控制部位于检查井10内。为了更好地控制液泵的供液量，多个热管1的液泵由同一台变频器控制转速和流量，在液泵启动时的供电频率为10—20hz，以较小的流量循环，以避免液泵吸入蒸气；稳定运行后的供电频率为20—50hz。
41.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
42.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。