本實用新型涉及一種利用地熱能防止高速公路路面結冰的裝置，屬于公路交通安全技術領域。
背景技術：
秋冬季節(jié)高速公路路面易積雪結冰，致使車輛不能正常通行，影響高速公路的安全性及運輸效率，而且導致交通事故頻發(fā)，造成生命財產的巨大損失。目前，高速公路路面除冰雪的方法主要有化學法、人工集中清除法、機械法、熱力融冰雪法等?；瘜W法是通過在路面上撒布化學藥劑來降低冰雪融點，使冰雪融化。雖簡單易行，但化學法除冰雪效果受環(huán)境溫度影響較大，并具有反結冰現(xiàn)象。人工集中清除法對冰雪清除較徹底，但效率低，費用高，作業(yè)時影響車輛通行及行車安全。機械除冰雪適合于雪量較大、結冰之前大面積清除作業(yè)，但該方法易損壞路面，且堆雪需占用一定的有效面積。熱力融冰雪法利用熱水、燃氣、電等產生的熱量使冰雪融化，如噴灑熱水法、發(fā)熱電纜法等，但該方法耗能大?？梢?，目前已有的高速公路清除冰雪的方法均有局限性。采用可防止高速公路路面結冰的方法和裝置，可徹底解決上述問題。
地表下面一定深度的土壤，其溫度常年穩(wěn)定，并且溫度較高，蘊藏大量的地熱能。另一方面，熱管作為一種高效換熱元件，具有單向傳熱、結構簡單等優(yōu)點。因此，采用熱管換熱，利用地熱能加熱高速公路路面，可有效防止秋冬季節(jié)高速公路路面易積雪結冰。
技術實現(xiàn)要素：
本實用新型要解決的技術問題是：本實用新型提供一種利用地熱能防止高速公路路面結冰的裝置，一方面在于充分利用土壤中蘊藏的大量地熱能加熱高速公路路面，確保防止其結冰同時，并且不消耗常規(guī)能源；另一方面利用熱管換熱元件進行自動單向傳熱，無運動部件，也無需人工操作，從而降低運行成本。
本實用新型技術方案是：一種利用地熱能防止高速公路路面結冰的裝置，包括熱管冷凝段1、熱管絕熱段2、熱管蒸發(fā)段3、熱管殼體4、熱管低溫工質5、保溫材料7；熱管絕熱段2的外表面裹有保溫材料7，單根熱管由熱管冷凝段1、熱管絕熱段2、熱管蒸發(fā)段3組成，熱管殼體4里面充注熱管低溫工質5，熱管冷凝段1置于高速公路路面層8，熱管蒸發(fā)段3置于高速公路路面層8的地下土壤中，熱管低溫工質5采用甲醇，熱管殼體4的材料采用銅，保溫材料7采用聚氨酯。
所述熱管低溫工質5采用氨，熱管殼體4的材料采用鋁或不銹鋼，熱管元件采用重力熱管或帶芯網(wǎng)的熱管。
所述熱管的外徑可在15mm~50mm之間，熱管由熱管冷凝段1、熱管絕熱段2、熱管蒸發(fā)段3組成，其總長度可在5m~40m之間，熱管冷凝段1的長度比高速公路路面層8的厚度小100mm~200mm，熱管蒸發(fā)段3長度為2m~5m之間，其余為熱管絕熱段2長度。
所述單根熱管的外徑為40mm，應用于面層厚度為1m的高速公路路面防結冰，熱管總長度為20m，其中熱管冷凝段1的長度比高速公路面層的厚度小900mm，熱管蒸發(fā)段3長度為5m之間，熱管絕熱段2長度為14.1m，所有熱管元件均豎直埋設，熱管的頂端位于路面以下100mm，熱管的間距為0.5m。
本實用新型的工作原理是：
在冰雪天氣下，土壤4中的地熱能加熱蒸發(fā)段3中的液態(tài)熱管低溫工質5，使其溫度升高而蒸發(fā)。蒸發(fā)后溫度較高的氣態(tài)工質密度變輕，上升至熱管冷凝段1。在熱管冷凝段1，溫度較高的氣態(tài)工質與高速公路路面層8進行熱交換，以加熱高速公路路面，從而防止路面結冰。在非冰雪天氣條件下，由于熱管為單向傳熱，當高速公路路面層8的溫度高于土壤6中的溫度時，熱管自行停止運行。
采用熱管作為高效換熱器件，將熱管冷凝段置于高速公路的路面層，熱管蒸發(fā)段置于高速公路路面層的地下土壤中。在冰雪天氣下，土壤中的地熱能加熱蒸發(fā)段的液態(tài)工質，使其溫度升高而蒸發(fā)。蒸發(fā)后溫度較高的氣態(tài)工質密度變輕，上升至熱管冷凝段。在熱管冷凝段，溫度較高的氣態(tài)工質與高速公路的路面層進行熱交換，以加熱高速公路路面，從而防止路面結冰。與高速公路的路面層進行熱交換的氣態(tài)工質被冷卻，冷凝后的液態(tài)工質流回蒸發(fā)段，再次被地熱能加熱蒸發(fā)。如此循環(huán)往復，利用地熱能不停的加熱高速公路的路面層。在非冰雪天氣條件下，由于熱管為單向傳熱，當高速公路面層的溫度高于土壤中的溫度時，熱管自行停止運行。
本實用新型的高速公路路面防結冰裝置根據(jù)高速公路所處的氣候條件，由若干根熱管元件組成。熱管元件采用重力熱管或帶芯網(wǎng)的熱管。為使土壤中的低溫地熱能有效加熱熱管工質并使其快速蒸發(fā)，熱管工質采用低溫工質，如：氨、甲醇等。熱管的外徑可在15mm~50mm之間，熱管殼體的材料采用銅、鋁或不銹鋼等金屬制造。根據(jù)高速公路所在的地質條件，熱管由蒸發(fā)段、絕熱段、冷凝段組成，其總長度可在5m~40m之間，其中熱管冷凝段的長度比高速公路面層的厚度小100mm~200mm，熱管蒸發(fā)段長度為2m~5m之間，其余為絕熱段長度。絕熱段外表面裹有保溫材料。
本實用新型的高速公路路面防結冰裝置中所有熱管元件均豎直埋設，熱管的頂端位于路面以下100mm~200mm ，以防止熱管被汽車碾壓而損壞。單根熱管之間的間距根據(jù)高速公路所處的氣候條件、熱管結構尺寸通過熱工計算確定。
本實用新型的高速公路路面防結冰裝置無運動部件，無需外界動力與人工操作，運行穩(wěn)定。對高速公路路面的加熱通過蒸發(fā)段低溫液態(tài)工質受熱蒸發(fā)→上升→冷凝段氣態(tài)工質加熱路面后冷凝→液態(tài)工質回流自動循環(huán)進行。
本實用新型的有益效果是：本實用新型能充分利用土壤中蘊藏的大量地熱能加熱高速公路路面，在確保防止高速公路路面結冰同時，并且不消耗常規(guī)能源。此外，換熱部件采用低溫工質熱管，換熱效率高、運行穩(wěn)定、無運動部件，無需人工操作，因而可有效降低運行成本。本實用新型涉及的高速公路路面防結冰裝置具有節(jié)能、運行成本低等優(yōu)點。
附圖說明
圖1是本實用新型結構示意圖；
圖1中各標號：1-熱管冷凝段、2-熱管絕熱段、3-熱管蒸發(fā)段、4-熱管殼體、5-熱管低溫工質、6-土壤、7-保溫材料、8-高速公路路面層。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例，對本實用新型作進一步說明。
實施例1：如圖1所示，一種利用地熱能防止高速公路路面結冰的裝置，包括熱管冷凝段1、熱管絕熱段2、熱管蒸發(fā)段3、熱管殼體4、熱管低溫工質5、保溫材料7；熱管絕熱段2的外表面裹有保溫材料7，單根熱管由熱管冷凝段1、熱管絕熱段2、熱管蒸發(fā)段3組成，熱管殼體4里面充注熱管低溫工質5，熱管冷凝段1置于高速公路路面層8，熱管蒸發(fā)段3置于高速公路路面層8的地下土壤中，熱管低溫工質5采用甲醇，熱管殼體4的材料采用銅，保溫材料7采用聚氨酯。
所述熱管低溫工質5采用氨，熱管殼體4的材料采用鋁或不銹鋼，熱管元件采用重力熱管或帶芯網(wǎng)的熱管。
所述熱管的外徑可在15mm~50mm之間，熱管由熱管冷凝段1、熱管絕熱段2、熱管蒸發(fā)段3組成，其總長度可在5m~40m之間，熱管冷凝段1的長度比高速公路路面層8的厚度小100mm~200mm，熱管蒸發(fā)段3長度為2m~5m之間，其余為熱管絕熱段2長度。
所述單根熱管的外徑為40mm，應用于面層厚度為1m的高速公路路面防結冰，熱管總長度為20m，其中熱管冷凝段1的長度比高速公路面層的厚度小900mm，熱管蒸發(fā)段3長度為5m之間，熱管絕熱段2長度為14.1m，所有熱管元件均豎直埋設，熱管的頂端位于路面以下100mm，熱管的間距為0.5m。
在冰雪天氣下，土壤4中的地熱能加熱蒸發(fā)段3中的液態(tài)熱管低溫工質5，使其溫度升高而蒸發(fā)。蒸發(fā)后溫度較高的氣態(tài)工質密度變輕，上升至熱管冷凝段1。在熱管冷凝段1，溫度較高的氣態(tài)工質與高速公路路面層8進行熱交換，以加熱高速公路路面，從而防止路面結冰。在非冰雪天氣條件下，由于熱管為單向傳熱，當高速公路路面層8的溫度高于土壤6中的溫度時，熱管自行停止運行。
實施例2：如圖1所示，一種利用地熱能防止高速公路路面結冰的裝置，包括熱管冷凝段1、熱管絕熱段2、熱管蒸發(fā)段3、熱管殼體4、熱管低溫工質5、保溫材料7；熱管絕熱段2的外表面裹有保溫材料7，單根熱管由熱管冷凝段1、熱管絕熱段2、熱管蒸發(fā)段3組成，熱管殼體4里面充注熱管低溫工質5，熱管冷凝段1置于高速公路路面層8，熱管蒸發(fā)段3置于高速公路路面層8的地下土壤中，保溫材料7采用聚氨酯。
所述熱管低溫工質5采用氨，熱管殼體4的材料采用鋁或不銹鋼，熱管元件采用重力熱管或帶芯網(wǎng)的熱管。
所述熱管的外徑可在15mm~50mm之間，熱管由熱管冷凝段1、熱管絕熱段2、熱管蒸發(fā)段3組成，其總長度可在5m~40m之間，熱管冷凝段1的長度比高速公路路面層8的厚度小100mm~200mm，熱管蒸發(fā)段3長度為2m~5m之間，其余為熱管絕熱段2長度。
在冰雪天氣下，土壤4中的地熱能加熱蒸發(fā)段3中的液態(tài)熱管低溫工質5，使其溫度升高而蒸發(fā)。蒸發(fā)后溫度較高的氣態(tài)工質密度變輕，上升至熱管冷凝段1。在熱管冷凝段1，溫度較高的氣態(tài)工質與高速公路路面層8進行熱交換，以加熱高速公路路面，從而防止路面結冰。在非冰雪天氣條件下，由于熱管為單向傳熱，當高速公路路面層8的溫度高于土壤6中的溫度時，熱管自行停止運行。
上面結合附圖對本實用新型的具體實施例作了詳細說明，但是本實用新型并不限于上述實施例，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下作出各種變化。