本实用新型涉及一种利用地热能防止高速公路路面结冰的装置，属于公路交通安全技术领域。
背景技术：
秋冬季节高速公路路面易积雪结冰，致使车辆不能正常通行，影响高速公路的安全性及运输效率，而且导致交通事故频发，造成生命财产的巨大损失。目前，高速公路路面除冰雪的方法主要有化学法、人工集中清除法、机械法、热力融冰雪法等。化学法是通过在路面上撒布化学药剂来降低冰雪融点，使冰雪融化。虽简单易行，但化学法除冰雪效果受环境温度影响较大，并具有反结冰现象。人工集中清除法对冰雪清除较彻底，但效率低，费用高，作业时影响车辆通行及行车安全。机械除冰雪适合于雪量较大、结冰之前大面积清除作业，但该方法易损坏路面，且堆雪需占用一定的有效面积。热力融冰雪法利用热水、燃气、电等产生的热量使冰雪融化，如喷洒热水法、发热电缆法等，但该方法耗能大。可见，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结冰的方法和装置，可彻底解决上述问题。
地表下面一定深度的土壤，其温度常年稳定，并且温度较高，蕴藏大量的地热能。另一方面，热管作为一种高效换热元件，具有单向传热、结构简单等优点。因此，采用热管换热，利用地热能加热高速公路路面，可有效防止秋冬季节高速公路路面易积雪结冰。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题是：本实用新型提供一种利用地热能防止高速公路路面结冰的装置，一方面在于充分利用土壤中蕴藏的大量地热能加热高速公路路面，确保防止其结冰同时，并且不消耗常规能源；另一方面利用热管换热元件进行自动单向传热，无运动部件，也无需人工操作，从而降低运行成本。
本实用新型技术方案是：一种利用地热能防止高速公路路面结冰的装置，包括热管冷凝段1、热管绝热段2、热管蒸发段3、热管壳体4、热管低温工质5、保温材料7；热管绝热段2的外表面裹有保温材料7，单根热管由热管冷凝段1、热管绝热段2、热管蒸发段3组成，热管壳体4里面充注热管低温工质5，热管冷凝段1置于高速公路路面层8，热管蒸发段3置于高速公路路面层8的地下土壤中，热管低温工质5采用甲醇，热管壳体4的材料采用铜，保温材料7采用聚氨酯。
所述热管低温工质5采用氨，热管壳体4的材料采用铝或不锈钢，热管元件采用重力热管或带芯网的热管。
所述热管的外径可在15mm~50mm之间，热管由热管冷凝段1、热管绝热段2、热管蒸发段3组成，其总长度可在5m~40m之间，热管冷凝段1的长度比高速公路路面层8的厚度小100mm~200mm，热管蒸发段3长度为2m~5m之间，其余为热管绝热段2长度。
所述单根热管的外径为40mm，应用于面层厚度为1m的高速公路路面防结冰，热管总长度为20m，其中热管冷凝段1的长度比高速公路面层的厚度小900mm，热管蒸发段3长度为5m之间，热管绝热段2长度为14.1m，所有热管元件均竖直埋设，热管的顶端位于路面以下100mm，热管的间距为0.5m。
本实用新型的工作原理是：
在冰雪天气下，土壤4中的地热能加热蒸发段3中的液态热管低温工质5，使其温度升高而蒸发。蒸发后温度较高的气态工质密度变轻，上升至热管冷凝段1。在热管冷凝段1，温度较高的气态工质与高速公路路面层8进行热交换，以加热高速公路路面，从而防止路面结冰。在非冰雪天气条件下，由于热管为单向传热，当高速公路路面层8的温度高于土壤6中的温度时，热管自行停止运行。
采用热管作为高效换热器件，将热管冷凝段置于高速公路的路面层，热管蒸发段置于高速公路路面层的地下土壤中。在冰雪天气下，土壤中的地热能加热蒸发段的液态工质，使其温度升高而蒸发。蒸发后温度较高的气态工质密度变轻，上升至热管冷凝段。在热管冷凝段，温度较高的气态工质与高速公路的路面层进行热交换，以加热高速公路路面，从而防止路面结冰。与高速公路的路面层进行热交换的气态工质被冷却，冷凝后的液态工质流回蒸发段，再次被地热能加热蒸发。如此循环往复，利用地热能不停的加热高速公路的路面层。在非冰雪天气条件下，由于热管为单向传热，当高速公路面层的温度高于土壤中的温度时，热管自行停止运行。
本实用新型的高速公路路面防结冰装置根据高速公路所处的气候条件，由若干根热管元件组成。热管元件采用重力热管或带芯网的热管。为使土壤中的低温地热能有效加热热管工质并使其快速蒸发，热管工质采用低温工质，如：氨、甲醇等。热管的外径可在15mm~50mm之间，热管壳体的材料采用铜、铝或不锈钢等金属制造。根据高速公路所在的地质条件，热管由蒸发段、绝热段、冷凝段组成，其总长度可在5m~40m之间，其中热管冷凝段的长度比高速公路面层的厚度小100mm~200mm，热管蒸发段长度为2m~5m之间，其余为绝热段长度。绝热段外表面裹有保温材料。
本实用新型的高速公路路面防结冰装置中所有热管元件均竖直埋设，热管的顶端位于路面以下100mm~200mm ，以防止热管被汽车碾压而损坏。单根热管之间的间距根据高速公路所处的气候条件、热管结构尺寸通过热工计算确定。
本实用新型的高速公路路面防结冰装置无运动部件，无需外界动力与人工操作，运行稳定。对高速公路路面的加热通过蒸发段低温液态工质受热蒸发→上升→冷凝段气态工质加热路面后冷凝→液态工质回流自动循环进行。
本实用新型的有益效果是：本实用新型能充分利用土壤中蕴藏的大量地热能加热高速公路路面，在确保防止高速公路路面结冰同时，并且不消耗常规能源。此外，换热部件采用低温工质热管，换热效率高、运行稳定、无运动部件，无需人工操作，因而可有效降低运行成本。本实用新型涉及的高速公路路面防结冰装置具有节能、运行成本低等优点。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图；
图1中各标号：1-热管冷凝段、2-热管绝热段、3-热管蒸发段、4-热管壳体、5-热管低温工质、6-土壤、7-保温材料、8-高速公路路面层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。
实施例1：如图1所示，一种利用地热能防止高速公路路面结冰的装置，包括热管冷凝段1、热管绝热段2、热管蒸发段3、热管壳体4、热管低温工质5、保温材料7；热管绝热段2的外表面裹有保温材料7，单根热管由热管冷凝段1、热管绝热段2、热管蒸发段3组成，热管壳体4里面充注热管低温工质5，热管冷凝段1置于高速公路路面层8，热管蒸发段3置于高速公路路面层8的地下土壤中，热管低温工质5采用甲醇，热管壳体4的材料采用铜，保温材料7采用聚氨酯。
所述热管低温工质5采用氨，热管壳体4的材料采用铝或不锈钢，热管元件采用重力热管或带芯网的热管。
所述热管的外径可在15mm~50mm之间，热管由热管冷凝段1、热管绝热段2、热管蒸发段3组成，其总长度可在5m~40m之间，热管冷凝段1的长度比高速公路路面层8的厚度小100mm~200mm，热管蒸发段3长度为2m~5m之间，其余为热管绝热段2长度。
所述单根热管的外径为40mm，应用于面层厚度为1m的高速公路路面防结冰，热管总长度为20m，其中热管冷凝段1的长度比高速公路面层的厚度小900mm，热管蒸发段3长度为5m之间，热管绝热段2长度为14.1m，所有热管元件均竖直埋设，热管的顶端位于路面以下100mm，热管的间距为0.5m。
在冰雪天气下，土壤4中的地热能加热蒸发段3中的液态热管低温工质5，使其温度升高而蒸发。蒸发后温度较高的气态工质密度变轻，上升至热管冷凝段1。在热管冷凝段1，温度较高的气态工质与高速公路路面层8进行热交换，以加热高速公路路面，从而防止路面结冰。在非冰雪天气条件下，由于热管为单向传热，当高速公路路面层8的温度高于土壤6中的温度时，热管自行停止运行。
实施例2：如图1所示，一种利用地热能防止高速公路路面结冰的装置，包括热管冷凝段1、热管绝热段2、热管蒸发段3、热管壳体4、热管低温工质5、保温材料7；热管绝热段2的外表面裹有保温材料7，单根热管由热管冷凝段1、热管绝热段2、热管蒸发段3组成，热管壳体4里面充注热管低温工质5，热管冷凝段1置于高速公路路面层8，热管蒸发段3置于高速公路路面层8的地下土壤中，保温材料7采用聚氨酯。
所述热管低温工质5采用氨，热管壳体4的材料采用铝或不锈钢，热管元件采用重力热管或带芯网的热管。
所述热管的外径可在15mm~50mm之间，热管由热管冷凝段1、热管绝热段2、热管蒸发段3组成，其总长度可在5m~40m之间，热管冷凝段1的长度比高速公路路面层8的厚度小100mm~200mm，热管蒸发段3长度为2m~5m之间，其余为热管绝热段2长度。
在冰雪天气下，土壤4中的地热能加热蒸发段3中的液态热管低温工质5，使其温度升高而蒸发。蒸发后温度较高的气态工质密度变轻，上升至热管冷凝段1。在热管冷凝段1，温度较高的气态工质与高速公路路面层8进行热交换，以加热高速公路路面，从而防止路面结冰。在非冰雪天气条件下，由于热管为单向传热，当高速公路路面层8的温度高于土壤6中的温度时，热管自行停止运行。
上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。