专利名称：利用天然地热的地面调温融雪装置及其应用的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种地热利用系统，尤其涉及一种利用天然地下热能进行除雪除 冰的地面调温融雪装置。
背景技术：
近年来，随着中国经济的高速发展，国家在基础设施建设上的投入不断加大，许多 快速公路、高速公路以及机场相继建成使用，给人们的生产生活及出行提供了极大的方便 快捷。但是，在某些北方地区的冬春季节，由于降雪频繁，以及昼夜温差大，易在路面上形成 积雪或冰冻的现象，严重影响车辆或飞机的行驶安全，造成极大的安全隐患。以往对于路 表积雪，主要是利用人工或除雪车进行清雪作业或撒盐，不仅耗费大量的人力物力，车辆燃 油排放还对环境形成污染，更重要的是这些常规方法效率较低，能耗高，通常需要较长的时 间，容易造成交通堵塞，高速公路封闭，机场关闭，铁路停运，耽误人们的正常出行，造成巨 大经济损失。2005年3月23日公开的专利号为03120732. 4的中国专利，提供了一种利用 地热的地面调温融雪装置，通过垂直埋设于地下的采热器，和在热交换器之间循环供给的 一次不冻液采集地热，采集到的地热，通过热交换器转移到循环在该热交换器和铺设于融 雪场所的放热管之间的二次不冻液上，在融雪场所释放该热能融化积雪的装置。在采热器 和热交换器之间，为了使一次不冻液循环而设有往路和回路，在该回路上为一次不冻液循 环设有循环泵。这种技术方案利用地热随时融化路面积雪，工作效率有了一定的提高。但 是，由于该技术方案使用不冻液作为热交换媒介，一但不冻液发生变性遇冷凝固，将堵塞管 路，使系统无法实现正常的热量循环，因此必须定期更换不冻液，费用较高。而且，该技术方 案在中途还利用热交换器件进行一次热量交换，这一过程不可避免地产生热量损失，降低 地热能量的利用率。此外，在管路中设置循环泵，一方面加大了能源的消耗，另一方面也带 来了新的污染。因此，该技术方案无论从经济角度还是从环保角度考虑，均存在一些明显的 不足。另外，冬天蔬菜大棚温度低时需要利用土暖气燃煤生火提高地温棚温，浪费能源， 增加排放。果园在寒流来时需要生火生烟防止霜冻，新疆内蒙等地草原冬天大雪覆盖草原， 牛羊无处安歇藏身，造成大量牛羊冻死。这些均需要一种经济方便环保的调温措施。
发明内容本实用新型的目的之一在于克服上述缺陷，提供一种地热利用率高、无任何污染 且无需额外消耗其他能源的利用天然地热的地面调温融雪装置。本实用新型是这样实现的，包括集热部和散热部，散热部高于集热部，集热部通过 输出管和回流管与散热部相连通，组成密闭的回路，其特征在于回路中装有低沸点工质 作为传热工质，散热部由至少一根散热管和一根集流管组成，散热管与集流管经返回部相 连，集流管位于散热管下方，散热管两端分别与输出管及返回部相连通，集流管两端分别与 返回部及回流管上端相连通，集流管从返回部向回流管方向向下连续倾斜，其倾斜度小于
41 10。所述低沸点工质是指在常温下为气态，在低于其沸点时会转变为液态的工质，如 液氨、氟利昂或其环保替代品。在实际应用中，可以根据地区的气温特点选用不同沸点的材 料作为传热工质。一股来说，所选用低沸点工质的沸点应不高于-10°C。为了实现传热工质材料在回路中的顺利循环，散热部的散热管与集流管之间可以 利用至少一根比集流管更细的集流支管保持连通。此外，还可以采用散热管从输出管与散 热管的接合部至返回部方向向下连续倾斜的技术方案，根据实际工程经验，一股情况下倾 斜度小于4 100。为了提高散热部的散热效率，散热部可以包含二根或二根以上在水平 方向平行排列的散热管，散热管的两端分别通过连集管相连通，散热管入口端的连集管与 输出管相连通，散热管出口端的连集管经返回部与集流管相连通。另外，散热部的散热管上 还可以设置翅片来进一步提高散热能力。由于低沸点工质经散热管散热冷凝后体积大幅减 小，因此也可以对应二根或二根以上散热管设置一根集流管，一根散热管对应一根集流管 时集流管可以更细些。为了便于随时往回路内添加低沸点工质，在回路中设置低沸点工质的灌注口和相 应的灌注开关阀。此外，为了能够随时排出随低沸点工质混入回路的气体杂质，还可以在回 路中设置排气口和相应的排气开关阀。本实用新型中集热部的形式可以多种多样，根据需要，集热部可以为一 U形管，U 形管的两端分别与输出管和回流管相连；集热部也可以为一盲管，输出管的下端位于盲管 顶部，回流管下端位于盲管底部。为了减少循环过程中的热量损失，可以在回路中采取一些保温措施，例如，在至少 部分输出管和回流管上设置保温层等。出于方便维护和控制的考虑，在输出管或/和回流管上设置开关阀。所述开关阀 还可以设置远程控制装置以方便管理。本实用新型利用天然地热的地面调温融雪装置，利用集热部中的低沸点工质作为 传热工质吸收地下热能，蒸发汽化，带走大量的潜热，工质蒸汽主要沿输出管上升至设置于 地面或路面内的散热部中，遇冷凝结为液态，释放出大量凝结潜热，液态工质经集流管引导 最终沿回流管返回至集热器，实现一次热交换循环。通过不断地自动重复上述热循环过程， 不用任何电力或燃料，就可以将地热源源不断地输送到散热部附近的地表或路面，将地表 的温度维持在零度以上，起到防止地面或路面上存留霜雪、防止结冰或融化霜雪的作用。由 于在整个工作过程中没有二次换热，因此系统结构更加简单，地热利用率更高，传送过程中 热量损失少。又因为本实用新型在工作过程中不涉及任何辅助动力装置，因此不额外消耗 能源，即环保又经济。此外，本实用新型利用沸点低的传热工质作为热量交换的载体，无 转换部件，维修保养容易实现，避免了传统技术中使用不冻液作为热传递载体时，不冻液变 性后易凝固堵塞管路，清理维修困难，渗漏后易造成环境污染，频繁更换保养费用较高等问 题。此外，为了充分利用散热部，作为一种特例，在本实用新型中还可以增设冷却部， 冷却部的位置高于散热部，并与散热部相互连通，冷却部由至少一根带有翅片的冷却管组 成，冷却部与散热管和集流管之间的连接管路上分别设置开关阀。这种结构的本实用新型 利用天然地热的地面调温融雪装置还可以实现为道路降温的作用。其原理为在路面过热的季节，将散热部与集热部之间的开关阀都关闭，打开冷却部与散热管和集流管之间的连 接管路上的开关阀，这样，冷却部与散热部之间形成独立的回路，向散热部中灌注低沸点工 质，使之充满散热部。道路表面经日光照射等原因升温后，散热部中的低沸点工质受热蒸发 进入冷却部，冷却部对外散热后，低沸点工质冷凝后再流回到散热部中，实现一次热交换循 环。通过不断地自动重复上述热循环过程，就可以降低地表或路面温度，起到防止地面或路 面过热的作用。本实用新型的第二个目的在于提供一种应用上述利用天然地热的地面调温融雪 装置的调温地面结构，其特征在于所述利用天然地热的地面调温融雪装置沿道路的延伸方 向连排设置，地面调温融雪装置的散热部置于地面下方，集热部位于调温地面两旁或下方 设置的地热井中，集热部在地热井中的深度至少达到地温常年不低于10°c的地质层，地热 井上部设置工作井，连接散热部与集热部的输出管和回流管及相应开关阀设在工作井内， 工作井的上端口设置井盖。研究表明，从地表向下到达一定深度就是恒温层，其温度就不受外界四季气温的 变化而改变。到达恒温层的深度因地而异，一股来说对于我国北方大部分地区，大约在地下 10-15米起始，地温就能常年保持在14°C以上，而且在一定深度内，每加深100米，地温增 加约3°C。对于我国东北，恒温层的温度就要相对低些，例如文献表明大庆地区的恒温层温 度只有2°C。集热部采集的浅层地温能通常位于地球表层变温带以下10-200米以内的土 壤或基岩中，其热能主要来自地球深部的内热，无穷无尽，用之不竭，非常环保，基于上述原 因，集热部上沿的埋设深度通常为地面下方10米以下，埋入的集热部长度根据所对应的地 面加热面积成正比，和地表与地温温差成正比。只要集热部周围能达到本实用新型要求的 地温，且埋入的集热部长度足够，就可以保证本实用新型装置的正常工作。为最大程度地发挥调温和融雪效果，平时不用时可以关闭阀门，防止地热无为地 散失；在下雪前或有结冰、霜冻倾向时及时打开阀门。为防止热量散失给表层岩土，还可以 在调温地面结构中对应散热部的散热管下方设置保温层。此外，为了便于管理和操作，一个 或一个以上工作井内的开关阀的远程控制装置可以联动。需要指出的是，本实用新型所述 的地面结构不仅指城市街道、小区路面、工厂地面、体育场地、普通公路或高速公路，还包括 机场跑道、铁路道床、蔬菜大棚土壤、果树周围土壤、草原牧场地面等具体形式。本实用新型地面结构由于应用了利用天然地热的地面调温融雪装置，可以调节地 面温度，使地面温度始终高于零度以上，使雪花落地即化，积水流走或蒸发干消失，有效防 止路面存留冰雪带来的行车安全隐患。特别是对于里程较长或较偏远的道路，可以大大缓 解因突降霜雪无法用人工及时清理造成的道路不畅现象，保障交通运输的顺利进行，彻底 避免北方大雪后高速公路封闭、机场关闭等对国民经济造成的巨大损失。对于铁路可以保 持道床不积雪，不结冰，如果大功率密集布置，还可以融化钢轨和道岔上的积雪，避免铁路 积雪或道岔结冰造成的铁路中断。由于本实用新型装置不需外设动力，无商品能耗，无排 放，维护保养工作量小，因此非常实用而且十分环保。对于蔬菜大棚和果树，利用本实用新型可以用地热加热土壤，提高地温和棚温，使 蔬菜和果树适宜生长期更长，应对霜冻和寒流。对于畜类防雪灾，可以在牛羊棚地面下设置 调温地面，防止牛羊冻死。或利用本实用新型设立一片调温露天草原，这样下大雪时，草不 会被积雪覆盖，可供牛羊雪灾期间吃草。当然这也需要将本实用新型调温融雪装置大功率密集布置，集热部要足够长，井要足够密，散热管要足够密。 本实用新型利用天然地热的地面调温融雪装置，管路结构简单，工程造价低，通过 本实用新型的特殊结构设计，在散热部设计高度最低的条件下，使工质沿闭合管路大致单 向循环，保证了较高的传热效率，因此地热利用率高，同时既节能又环保，无运转部件，后期 维修保养费用低，可以广泛应用于城市街道、公路、高速公路、机场跑道、体育场、铁路道床 的融冰融雪，基于本实用新型的技术原理，还可以将本实用新型用于蔬菜大棚、果园、牧场 等场所的地表融冰融雪和地面保温。
[0020]图1为本实用新型的结构示意图之一。[0021]图2为图1所示本实用新型利用天然地热的地面调温融雪装置的应用示意图。[0022]图3为图2的A-A剖视图。[0023]图4为本实用新型的结构示意图之二。[0024]图5为图4所示本实用新型利用天然地热的地面调温融雪装置的应用示意图。[0025]图6为图5的B-B剖视图。[0026]图7为本实用新型的结构示意图之三。[0027]图8为图7所示本实用新型利用天然地热的地面调温融雪装置的应用示意图。[0028]图9为本实用新型的结构示意图之四。[0029]图10为本实用新型的结构示意图之五。[0030]图11为本实用新型的结构示意图之六。[0031]图12为图11所示本实用新型利用天然地热的地面调温融雪装置的应用示意图。[0032]图13为本实用新型的结构示意图之七。[0033]图14为图13所示本实用新型利用天然地热的地面调温融雪装置的应用示意图。
具体实施方式
实施例一如图1所示本实用新型利用天然地热的地面调温融雪装置，包括集热部1，集热部 1为一 U形管，并通过输出管6和回流管7与散热部2相连，组成密闭的回路，回路中装有 低沸点工质——液氨(图中未具体示出)作为传热工质，其充满集热器内部的大部分空间。 散热部2由一根散热管3和一根集流管4组成，散热管3高于集流管4并与集流管通过返 回部5相互连通，散热部2中散热管3与输出管6相连的入口高于集流管4与回流管7相 连的出口。为了实现传热工质材料在回路中的顺利循环，散热管3从入口至返回部5方向 向下连续倾斜，集流管4从返回部向出口方向向下连续倾斜，本例中，散热管和集流管的倾 斜度均为3 100。为了防止传热工质在输出管6内上升的过程中过早释放热量给表面岩 土，导致提前冷凝液化下流，影响整个热量循环的实现，在输出管6表面设置保温层12，基 于这种考虑，一股来说，在本实用新型利用天然地热的地面调温融雪装置中，输出管6表面 必须要给予保温处理，除设置保温层外，也可以直接选用具有保温特性的管材作为输出管。 此外，为了便于控制和维修，在输出管6和回流管7上分别设置开关阀8和开关阀9，通过这 两个开关阀可以随时阻断整个热循环过程，或是控制热循环总量。另外，为了便于往回路内添加低沸点工质，在输出管上部设置低沸点工质的灌注口 10和相应的灌注开关阀11。为保 证高传导效率，工质灌注前，应先用真空泵将闭合管路中的空气抽真空。当然，灌注口 10及 灌注开关阀11也可以设置在回路中的其他位置。应用时，如图2、图3所示公路，利用天然地热的地面调温融雪装置延公路的延伸 方向间隔地交错连排设置，地面调温融雪装置的散热部2设于道路使用路面14下方的混凝 土结构16中，集热部1埋设于道路两旁的人行道13上设置的地热井100中，连接散热部2 与集热部1的输出管6和回流管7及相应开关阀设置在地热井100上部的工作井17内，工 作井17的上端口设置井盖15。其中，集热部1在地热井中的深度达到地温常年恒定在不低 于15°C的地质层，本例中集热部位于地下10-30米之间的土壤中，即U型管中单侧管长20 米。利用天然地热的地面调温融雪装置之间的设计间距应根据所采用的本实用新型利用天 然地热的地面调温融雪装置能够实现的地面调温面积进行设定，不应留有死角。使用时，夏天，关闭开关阀8和9，防止地热散失，冬天，在第一次降雪前打开阀门， 准备融雪。其融雪工作过程是这样实现的，由于集热部1深埋在土壤20中，集热部周围环 境地温始终高于15°C，其内部的低沸点工质吸收地热后蒸发，蒸汽沿输出管6进入散热部 2，经散热管3对外放热后液化，冷凝后的液体经返回部5、集流管4和回流管7重新回到集 热部，完成一次换热循环。本实用新型的特殊结构设计可以在散热部整体设计高度很低的 条件下，使工质在闭合管路中大致单向循环，上升热蒸汽流主要行走于输出管和散热管，冷 凝液体主要行走于集流管和回流管，防止热蒸汽和冷凝液体相互对流，在传导途中彼此交 换热量，因此传导效率高，散热部和集热部的温差只有几度。只要集热部周围的温度高于低 沸点工质的沸点及散热部周围的温度，这种循环就可以维持，将集热部外部的地热不断地 传向散热部周围，因此可以保证路面14的地表温度至少高于零度(一股在3 5°左右，视 风力和气温不同)，落上霜雪后会自动消融，不会大量积存，而且始终不结冰，积水将流走或 蒸发消失。维护时，只需要打开井盖15，即可以完成添加低沸点工质或调整开关阀流量等工 作。为保持热量，路面干燥后也可以关闭开关阀8和9。本实用新型利用天然地热的地面调温融雪装置，其管路可以用钢管、PB管或PE管 等管材构成，都可以实现很好的效果。其中输送管和回流管可以采用导热率较低的材料制 成的管材，以便于保温，但集热部管材及散热管必须使用导热率高的管材以确保可以与外 部进行高效的热量交换。本实用新型利用天然地热的地面调温融雪装置，利用集热部中沸 点低的传热工质吸收地下热能，吸热气化后的传热工质将热量直接传送到设置于地面或路 面下方的散热部中，传热工质在散热管内完成热量释放后变为液态，经集流管引导最终沿 回流管返回至集热部，实现一次热交换循环。通过不断地自动重复上述热循环过程，就可 以提高地表或路面温度，起到防止地面或路面上存留霜雪或融化霜雪的作用。由于在整个 工作过程中没有二次换热，因此系统结构更加简单，地热利用率更高，传送过程中热量损失 少。又因为本实用新型在工作过程中不涉及任何辅助动力装置，因此不额外消耗能源，即环 保又经济。此外，本实用新型利用沸点低的传热工质作为热量交换的载体，无需转换设施， 维修保养容易实现，避免了传统技术中使用不冻液作为热传递载体时，不冻液变性后易凝 固堵塞管路，清理维修困难，易产生污染，频繁更换保养费用较高等问题。而且基本上可以 实现单向循环。应用这种地面调温融雪装置的道路结构，可以有效防止路面存留冰雪带来的行车安全隐患。特别是对于里程较长或较偏远的道路，可以大大缓解因突降霜雪无法用人工及 时清理造成的道路封闭现象，保障交通运输的顺利进行，其不需外设动力，维护保养工作量 小，非常实用而且十分环保。需要指出的是，本例仅以公路为例进行说明，实际应用中，基于本实用新型的技术 原理，具体应用的道路结构还可以是城市街道、高速公路、飞机跑道等其他道路形式。当然 本实用新型技术同样也可以应用于体育场、蔬菜大棚、果园及牧场等大面积场地的融冰融 雪和地面保温，只需要在上述场地间隔设置本实用新型利用天然地热的地面调温融雪装置 即可，与在道路结构中的应用相似，集热部深埋于地下，散热部置于目标地面下方，其位于 地面下方的具体深度根据实际需要确定，例如应用于牧场时，散热部上方土层的厚度应满 足耕作深度的需要。应用于果园时，应将散热管布置于树下。另外，本例中以集热部埋在土壤中30米深为例进行说明，实际应用中，也可以是 埋设在岩石或沙石等其他地质结构中。此外根据地域的不同，埋深也可以有所变化，只要是 地温常年恒定在10°C以上的地质层，都可以起到很好的效果。例如，对于某些地热资源丰富 的地区，可能地面以下10米就可以满足本实用新型对地温的应用要求，这种情况应用本实 用新型可以大大降低成本和施工难度。可利用的低沸点工质除提到的液氨外，还可以是氟 利昂或其环保替代品，例如HFC-13^、R401A和R407C等。根据理论分析和实际工程经验， 集流管的倾斜度小于1 10，散热管倾斜度小于4 100。本例中，集热部的U型管中单侧 管长为20米，根据使用地区具体气候条件及调温预期不同，集热部长度可以进行调整，其 基本原则是埋入地下的集热部长度与所对应的地面加热面积成正比，和地表与地温温差成 正比，据此可通过理论计算或通过试验井和试验区来确定最优的集热部长度和埋深。但一 股情况下，为了确保实现采集足够的地下热能，集热部的设置长度应不少于5米。上述说明 适用于本实用新型所有实施例。实施例二如图4所示利用天然地热的地面调温融雪装置，与实施例一的区别在于为避免回 流管7内冷凝后的低沸点工质向浅表岩土散热，在回流管7表面也设置保温层12。此外，为 了能够随时排出随低沸点工质混入回路的气体杂质，在散热管末端设置排气口 18和排气 开关阀19。本例中，散热管和集流管的倾斜度分别为1 100和2 100，散热部整体高度 更低。如图5和图6所示应用上述天然地热的地面调温融雪装置的道路结构，与实施例 一的区别在于，其具体为双向车道的高速公路。利用天然地热的地面调温融雪装置延高速 公路的延伸方向连排设置，地面调温融雪装置的散热部2设置于道路使用路面14下方的混 凝土结构16中，集热部1埋设于道路两旁的护提13上设置的地热井100中，连接散热部2 与集热部1的输出管6和回流管7及相应开关阀8和9设置在地热井100上部的工作井17 内，工作井17的上端口设置井盖15。本例以在地热资源丰富的地域为例，集热部埋设深度 为10-50米之间，其周围地温常年不低于20°C。为了便于将集热部1顺利放入地热井100 中，施工时，钻出地热井后先放入工程塑料管150，防止出现塌方等不利现象，再将集热部1 置于工程塑料管150的管腔内，然后进行回填，这样可以有效避免热量非预期散失。此外，在双向车道之间的隔离带21上设置检修操作井22，排气口 18和排气口开关 阀19置于检修操作井22中，两个车道下方分别设置的本实用新型利用天然地热的地面调
9温融雪装置共用一个检修操作井22，检修操作井22上端口设置井盖23。为防止散热管3 传递的热量过多地向其周围传递损失，在道路的混凝土结构中对应散热部的散热管3下方 设置保温层170，这样就可以保证散热管散发的热量主要向路面方向传递辐射。需要指出的 是，所述保温层不仅仅在散热管下方设置，其尺寸应与散热管辐射的整个路面区域对应，甚 至是沿道路方向在道路混凝土结构16中连续地设置。由于在散热管下方设置了保温层，大大提高了地热利用率，因此本例所述技术方 案的融冰融雪效率更佳。这种结构的好处是便于将集热部设置于地下深处，有易于深井埋 管的施工便利，并且可以实现长距离热量传输，同时不受传输方向影响。研究表明，从地表向下到达一定深度(地层温度恒定)，其温度就不受外界气温的 变化而改变。到达恒温层的深度因地而异，一股来说在地下10 15m左右。本实用新型应 用的浅层地温能通常位于地球表层变温带以下10-200米以内的第四系土壤或基岩中，其 热能主要来自地球深部的内热。本例选在地热资源丰富的地区，所以设置深度仅为50米就 可以保证地温不低于20°C，当然，根据地域不同和实际工程需要，集热部可以在215米以内 的深度选定。只要集热部周围能达到本实用新型要求的不低于10°C地温，都可以保证本实 用新型的正常工作进行。在同一地点，虽然集热部在地球表层变温带以下埋设越深，其周围环境地温就越 高，地面融雪效果也越好，但是由于集热部埋设越深，其相应连接管路也越长，产品制造成 本和施工成本都相应提高，因此在实际应用中应根据当地气候情况进行设计计算，或通过 试验井和试验小区来确定，以确定集热部的最佳埋设深度及长度，以及与散热管的热功率 匹配。实施例三如图7所示本实用新型利用天然地热的地面调温融雪装置，与实施例一的区别在 于，集热部1为一盲管，盲管内设置有低沸点工质25，输出管6开口位于盲管顶部，回流管7 下端位于盲管底部。为了提高散热效率，散热部中包含多根平行排列的散热管3，散热管3 的两端分别通过连集管26相连通，连集管沈再通过返回部5与集流管4连通。为避免热 量的非预期散失以及输出管和回流管之间的非预期换热，在输出管6和回流管7外均设置 保温层12。另外，为了便于往回路内添加低沸点工质，在连集管沈上设置低沸点工质的灌 注口 10和相应的灌注开关阀11。散热部包含多根散热管时，散热管彼此之间的间距应根据 单根散热管够实现的地面调温面积进行设定，不应留有死角。与前述实施例相比，集热部1中的低沸点工质通过管壁从外界吸热后蒸发，蒸汽 沿输出管3上升，进入散热部2，并通过散热管3向外界放热后凝结，冷凝后的液体通过返回 部5、集流管4和回流管7重新进入集热部盲管底部中心，如此完成换热循环。本实施例的特殊结构可以使工质在回路中单向循环传输，上升的蒸汽和下降的冷 凝工质分别行走于输出管6和回流管7中，互不阻扰，互不换热，工质的循环方向与向上传 热和向下传冷循环方向一致，单向循环更明确，热传导效率更高。与实施例一相似，使用时，将集热部1垂直埋设于地下，屋顶状的散热部埋设于道 路的混凝土层中，集热部和散热部之间通过输出管6和回流管7相连。集热部1采集到的 地下热能使集热部中设置的低沸点工质25吸热蒸发，热蒸汽经输出管6进入散热部中，经 散热管3向外部散热后被冷却重新凝结，冷凝后的液体通过返回部5、集流管4和回流管7重新进入集热部1，如此完成换热循环。只要集热部1的外部温度高于散热部的外部温度， 上述热量循环即可维持，将地下热量不断传向散热部的外部，这样就可以保证路面上的雪 或冰霜不断被融化，不会产生积留。由于本例所述的地面调温融雪装置中散热部包含多根 散热管，散热效率更高，在使用时其覆盖面积大，使用数量少，因此对于机场等大面积区域 的融冰融雪，效果更佳。应用于具体形式为机场跑道的本实用新型道路结构时，如图8所 示，由于机场跑道101较宽，而为保证热量循环顺利进行，散热管不宜设置的过长，因此可 以将本实用新型利用天然地热的地面调温融雪装置在跑道宽度方向并列设置。其中，输出 管和回流管均设置在工作井100中，集热部深埋在工作井下方的地热井中，埋设深度位于 地下10 120米，由于布置方式与实施例一或实施例二相似，在此不另剖面视图进行说明。 本例中，散热部宽20米，半侧散热管长5米，间距为0. 4米，最高处埋深0. 1米，倾斜度为 3 1000，集流管倾斜度1 100。需要指出的是，为防止发生意外，工作井的井盖设置成内置式，与跑道路面保持高 度一致。当地表温度较高不需要融雪时，或仅部分路段需要融雪时，可以利用调整开关阀8 和9来关闭地面调温融雪装置或部分关闭地面调温融雪装置。图8中仅以并列设置二组本 实用新型利用天然地热的地面调温融雪装置为例进行说明，在实际应用中，根据路面的实 际宽度，也可以并列设置三组、四组甚至更多。与U形管结构的集热部相比，在施工时，本例中所述盲管式的集热部比U形管式的 集热部所需地热井尺寸更细，更易于施工操作。本例所述的技术方案，由于集热部采用了盲 管结构，结构更紧凑，非常适于打孔深埋，施工便利，基本无需回填，工程量小，经济性好。本例中输出管和回流管表面基本全部都设置了保温层，基于恒温层的深度一股来 说在地下10 15米以下的理论，可以仅在地表以下10米左右的范围内对输出管和回流管 表面设置保温层，深于10米的部分不再设置保温层，以此来降低成本。实施例四如图9所示本实用新型利用天然地热的地面调温融雪装置，与实施例三的区别在 于，为提高利用效率，在集热部1的盲管中设置另一组地面调温融雪装置的集热部30，集热 部30为一 U形管，U形管内设置有低沸点工质(未具体示出)，U形管的两端分别与输出管 6和回流管7相连，输出管6和回流管7表面均设置保温层12。另外，散热部的散热管3上 设置翅片27来进一步提高散热能力。对应多根散热管3设置一根集流管4，为便于导流， 设置多个返回部5，并通过连集管沈与集流管4相连。此外，为便于控制，可以利用网络技 术，利用计算机系统31远程对开关阀8和开关阀9进行控制。当然根据这一原理，应用多 个本例所述天然地热的地面调温融雪装置的道路结构还可以实现对多个本实用新型利用 天然地热的地面调温融雪装置的联动控制，甚至可以设置外部温度感知装置进行智能控制 地面调温融雪装置的工作。利用这种控制方式可以很容易地实现对任一或任几个地面调温 融雪装置的随时调整，可以大大节省人工控制成本，更加方便高效。其具体应用于道路结构 时与实施例三相似，在此不再别附图说明。本例中，由于在散热管上增设了翅片，散热面积显著提高，因此散热效率得以提 高，融雪融冰性能大幅提升。实施例五如图10所示本实用新型利用天然地热的地面调温融雪装置，与实施例二的区别在于，在散热部的的一侧(路边或中间隔离带)上方设置冷却部200，冷却部200的位置高 于散热部2，冷却部由多根带有翅片的冷却管组成，冷却部与散热部通过上升管和下降管连 通，其中散热管与冷却部上端通过上升管连通，集流管与冷却部下端通过下降管连通，冷却 部200与输出管6和集流管4之间的连接管路上分别设置开关阀202和201。应用时，与实 施例二基本相同，集热部埋设于地下，将冷却部置于地面之上，暴露于空气之中，在此不再 另附图说明。用于融雪时，将开关阀202和201关闭，打开开关阀8和9，其热循环过程与实 施例二完全相同。此外，这种结构的本实用新型利用天然地热的地面调温融雪装置还可以 实现为道路降温的作用。应用于降温时，将散热部与集热部之间的开关阀8和9都关闭，打 开冷却部200与散热管3和集流管4之间的连接管路上的开关阀201和202，这样，冷却部 200与散热部2之间形成独立的回路，向散热部中灌注低沸点工质，使之充满散热部。道路 表面经日光照射等原因升温后，散热部中的传热工质受热蒸发进入冷却部，经冷却部对外 散热后，传热工质冷凝再回到散热部中，实现一次热交换循环。通过不断地自动重复上述热 循环过程，就可以降低地表或路面温度，起到防止地面或路面过热的作用。本实施例的特殊结构可以使道路冷却时工质在回路中也大致单向循环传输，上升 的蒸汽和下降的冷凝工质分别行走于上升管300和下降管301中，互不阻扰，互不换热，工 质的循环方向与向上传热和向下传冷循环方向一致，热传导效率较高。实施例六如图11所示本实用新型利用天然地热的地面调温融雪装置，与实施例二的区别 在于，为了实现传热工质材料在回路中的顺利循环，散热部2的散热管3与集流管4之间可 以利用多根比集流管4更细的集流支管160保持连通。散热管与地表平行，无倾角。另外， 保温层170设置在集流管4的下方。虽然散热管无倾角，也不会堵塞，因为设置了集流支管160，散热管3中的传热工 质冷凝后可以就近沿集流支管160流至集流管4中，进而由集流管汇总经回流管7回到集 热部1中，因此这种结构的本实用新型利用天然地热的地面调温融雪装置热循环效率更 高，散热管平行于地面易于施工，散热部的整体设计高度可以控制的很低，融雪效果更好， 尤其适合机场跑道、广场等尺寸较大的调温地面。值得指出的是，本实施例中集流管也可以平行于地面或采用极低的倾斜度，例如 1 1000，也不影响效果。因为集流管中即使充满了冷凝后的液态工质，集流支管的液位高 差也能保证集流管回流畅通。由于这种结构的散热部的总高度极低，可以做到0. 1米以下， 因此这种结构可以用于对既有路面的改造，改造时，先在路面横向钻孔，例如孔径120mm，然 后将散热部插入横向孔中，与其它管路现场焊接，试压，抽真空后灌注低沸点工质，然后用 自流平无收缩水泥将孔填实，固化后路面即可使用。应用时如图12所示，与实施例二的区别在于，应用于东北寒冷地区时，恒温层温 度较低，为更好地采集地下热能，集热器1设置于达地表下25 150米深的地热井100中， 地热井不回填，利用井水向集热部传热。此外，仅在地表至地表以下25米范围内的输送管 6和回流管7表面设置保温层12。需要指出的是，根据本例所述集热部埋设深度，地热井中会有地下水，在图示中并 未具体示出，在之前的实施例中也未对地热井中可能出现的地下水给予表示，特此说明。实施例七[0070] 如图13所示本实用新型利用天然地热的地面调温融雪装置，与实施例三的区别 在于，为了适应路面较宽，需要散热部长度较长的需求，散热管3及集热管4分别仅向一侧 倾斜设置。这样，在连集管沈、散热管3和集流管4的管径分别相同的情况下，本例所述结 构中的散热管及集流管可以设置的更长，因此更适用于机场跑道等宽阔地面结构的调温应 用。应用于飞机跑道时，如图14所示方式连排布置于跑道下方。
权利要求1.一种利用天然地热的地面调温融雪装置，包括集热部和散热部，散热部高于集热部， 集热部通过输出管和回流管与散热部相连通，组成密闭的回路，其特征在于回路中装有低 沸点工质作为传热工质，散热部由至少一根散热管和一根集流管组成，散热管与集流管经 返回部相连，集流管位于散热管下方，散热管两端分别与输出管及返回部相连通，集流管两 端分别与返回部及回流管上端相连通，集流管从返回部向回流管方向向下连续倾斜，其倾 斜度小于1 10。
2.根据权利要求1所述的利用天然地热的地面调温融雪装置，其特征在于散热部的散 热管与集流管之间由至少一根比集流管更细的集流支管连通。
3.根据权利要求1所述的利用天然地热的地面调温融雪装置，其特征在于散热管从输 出管与散热管的接合部至返回部方向向下连续倾斜，倾斜度小于4 100。
4.根据权利要求1所述的利用天然地热的地面调温融雪装置，其特征在于散热部中包 含二根或二根以上在水平方向平行排列的散热管，散热管的两端分别通过连集管相连通， 散热管入口端的连集管与输出管相连通，散热管出口端的连集管经返回部与集流管相连 通。
5.根据权利要求4所述的利用天然地热的地面调温融雪装置，其特征在于对应二根或 二根以上散热管设置一根集流管。
6.根据权利要求1所述的利用天然地热的地面调温融雪装置，其特征在于集热部为一 U形管，U形管的两端分别与输出管和回流管相连。
7.根据权利要求1所述的利用天然地热的地面调温融雪装置，其特征在于集热部为一 盲管，输出管下端位于盲管顶部，回流管下端位于盲管底部。
8.根据权利要求1所述的利用天然地热的地面调温融雪装置，其特征在于回路中设有 低沸点工质的灌注口和灌注开关阀。
9.根据权利要求1所述的利用天然地热的地面调温融雪装置，其特征在于回路中设有 排气口和排气开关阀。
10.根据权利要求1所述的利用天然地热的地面调温融雪装置，其特征在于至少部分 输出管和回流管上设置保温层。
11.根据权利要求1所述的利用天然地热的地面调温融雪装置，其特征在于输出管或/ 和回流管上设置开关阀。
12.根据权利要求11所述的利用天然地热的地面调温融雪装置，其特征在于开关阀设 有远程控制装置。
13.根据权利要求1所述的利用天然地热的地面调温融雪装置，其特征在于散热部的 散热管上设置有翅片。
14.根据权利要求11所述的利用天然地热的地面调温融雪装置，其特征在于还设有冷 却部，冷却部的位置高于散热部，冷却部与散热部相互连通，冷却部由至少一根带有翅片的 冷却管组成，冷却部与散热管和集流管之间的连接管路上分别设置开关阀。
15.一种应用权利要求1-14中任一权利要求所述的调温地面结构，其特征在于所述利 用天然地热的地面调温融雪装置沿道路的延伸方向连排设置，融雪装置的散热部位于地面 下方，集热部位于调温地面两旁或调温地面下方设置的地热井中，集热部在地热井中的深 度至少达到地温常年不低于10°C的地质层，地热井上部设置工作井，连接散热部与集热部的输出管和回流管及相应开关阀设在工作井内，工作井的上端口设置井盖。
16.根据权利要求15所述的调温地面结构，其特征在于道路结构中对应散热部的散热 管下方设置保温层。
17.根据权利要求15所述的调温地面结构，其特征在于一个或一个以上工作井内的开 关阀的远程控制装置可以联动。
专利摘要本实用新型属于地热利用系统，尤其涉及除雪除冰的融雪装置。其包括集热部和散热部，集热部通过输出管和回流管与散热部相连通，组成密闭的回路，特征是回路中装有低沸点工质，散热部由至少一根散热管和一根集流管组成，散热管与集流管经返回部相连，集流管位于散热管下方，散热管两端分别与输出管及返回部相连通，集流管两端分别与返回部及回流管上端相连通，集流管从返回部向回流管方向向下连续倾斜，其倾斜度小于1∶10。本实用新型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，其不额外消耗能源，环保经济，可保障道路的畅通。
文档编号F24J3/08GK201857566SQ20102022612
公开日2011年6月8日 申请日期2010年6月13日 优先权日2010年6月13日
发明者孔祥斐, 尹学军 申请人:尹学军, 青岛科而泰环境控制技术有限公司