[發(fā)明專利]采用半導(dǎo)體熱管的凍土地區(qū)制冷裝置

有效

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• 申請日: 2020-05-07
• 公開（公告）號: CN111520930B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程國勇;孫雅詩;郭浩天;馬少敏;陳英實;王兵兵;李開泰;王樂友
• 申請（專利權(quán)）人: 中國民航大學(xué)
• 主分類號: F25B21/02
• 分類號: F25B21/02;F25D17/02;F25D29/00;F28D15/02
• 代理公司: 天津才智專利商標(biāo)代理有限公司 12108
• 代理人: 龐學(xué)欣

一種采用半導(dǎo)體熱管的凍土地區(qū)制冷裝置。其包括半導(dǎo)體熱管、穩(wěn)壓直流電源、冷卻裝置、水泵、水槽、輸水管和排水管；多根半導(dǎo)體熱管埋設(shè)在機(jī)場跑道下方的凍土層內(nèi)部，每根半導(dǎo)體熱管包括外層管、內(nèi)層管、半導(dǎo)體制冷片、水管、導(dǎo)熱涂層、電線通道和隔熱層；本發(fā)明提供的采用半導(dǎo)體熱管的凍土地區(qū)制冷裝置中使用的半導(dǎo)體熱管不受外界影響，可以以任意方式插入凍土層，連接成一個完整的導(dǎo)熱制冷系統(tǒng)，進(jìn)而可導(dǎo)出凍土層熱量，以保障機(jī)場跑道的穩(wěn)定，確保飛機(jī)運行安全。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)場專用設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種采用半導(dǎo)體熱管的凍土地區(qū)制冷裝置。

背景技術(shù)

隨著全球氣候變暖和人類工程活動的干預(yù)，多年凍土的水、熱平衡狀態(tài)逐漸被破壞。由于一些機(jī)場的跑道是建設(shè)在凍土地區(qū)，如果凍土層因溫度升高或飛機(jī)起降等擾動而因此解凍，會導(dǎo)致機(jī)場跑道道面出現(xiàn)不均勻沉降和位移等現(xiàn)象，從而破壞跑道的穩(wěn)定與安全運行。為了保護(hù)機(jī)場跑道的穩(wěn)固，需要采取措施對凍土層的溫度進(jìn)行控制，使其能常年保持在0℃以下，以保障土體硬度。

如今的凍土層保護(hù)技術(shù)一般多用于青藏高原等海拔較高地區(qū)修建鐵路、公路。傳統(tǒng)的熱管技術(shù)是在管道內(nèi)部充滿制冷液體，并將管道豎直插入土層中，其能將土層中的熱量導(dǎo)出到外界，從而保持底部凍土層處于低溫狀態(tài)，但其缺點是具有較大局限性，并且轉(zhuǎn)化效率較低。美國北部的阿拉斯加油田的管道運輸也同樣使用數(shù)十萬支熱管來對凍土層進(jìn)行降溫保護(hù)。近年來，半導(dǎo)體材料科學(xué)的發(fā)展衍生出半導(dǎo)體熱管的相關(guān)研究，其是利用半導(dǎo)體材料的溫差效應(yīng)，通過直流電流時發(fā)生的能量轉(zhuǎn)移來達(dá)到制冷效果。半導(dǎo)體熱管使用范圍更廣泛，轉(zhuǎn)化效率更高，不受季節(jié)與角度的限制，并且可以接入電子溫控系統(tǒng)對溫度進(jìn)行控制。如果使用半導(dǎo)體熱管對機(jī)場跑道的凍土層溫度進(jìn)行溫控和熱量導(dǎo)出，并且加以再利用，無疑能夠保障機(jī)場跑道運行的安全穩(wěn)定性。

目前國內(nèi)機(jī)場跑道采用半導(dǎo)體熱管的技術(shù)還較少，并且凍土地區(qū)的機(jī)場跑道還需要對凍土層溫度進(jìn)行控制，以保證機(jī)場跑道穩(wěn)固而不發(fā)生沉降。傳統(tǒng)熱管只能豎向或者斜向插入土層，因此工作效率受外界環(huán)境影響較大。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種采用半導(dǎo)體熱管的凍土地區(qū)制冷裝置。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的采用半導(dǎo)體熱管的凍土地區(qū)制冷裝置包括半導(dǎo)體熱管、穩(wěn)壓直流電源、冷卻裝置、水泵、水槽、輸水管和排水管；其中多根半導(dǎo)體熱管埋設(shè)在機(jī)場跑道下方的凍土層內(nèi)部，每根半導(dǎo)體熱管包括外層管、內(nèi)層管、半導(dǎo)體制冷片、水管、導(dǎo)熱涂層、電線通道和隔熱層；所述的外層管和內(nèi)層管以嵌套的方式設(shè)置，外層管的下端封閉，內(nèi)層管的下端距離外層管的下端留有間隙；多片半導(dǎo)體制冷片并聯(lián)設(shè)置在外層管和內(nèi)層管之間的間隙中，熱端位于內(nèi)側(cè)，冷端位于外側(cè)，并且半導(dǎo)體制冷片的熱端和冷端與內(nèi)層管和外層管之間均設(shè)有導(dǎo)熱涂層；電線通道設(shè)置在外層管和內(nèi)層管之間；半導(dǎo)體制冷片上的導(dǎo)線通過電線通道向外引出；隔熱層包覆在電線通道外部；水管設(shè)置在內(nèi)層管的內(nèi)側(cè)，內(nèi)外均充滿循環(huán)水；水槽設(shè)置在機(jī)場跑道外側(cè)的草坪區(qū)，內(nèi)部盛有循環(huán)水；水泵的進(jìn)水口設(shè)在水槽內(nèi)，出水口通過輸水管連接外層管的上端口；排水管的一端連接在內(nèi)層管的上端口，另一端位于水槽的內(nèi)部；冷卻裝置連接在排水管上；穩(wěn)壓直流電源同時與半導(dǎo)體制冷片、冷卻裝置和水泵電連接，用于為各用電部件供電。

所述的半導(dǎo)體制冷片的型號為TECI-12706，最大電流為6A，最大工作電壓為15.4V。

所述的導(dǎo)熱涂層采用硅脂材料制成。

所述的內(nèi)層管和外層管均采用銅管。

所述的半導(dǎo)體熱管以垂直、傾斜或水平方式埋設(shè)在機(jī)場跑道下方的凍土層內(nèi)部。

本發(fā)明提供的采用半導(dǎo)體熱管的凍土地區(qū)制冷裝置中使用的半導(dǎo)體熱管不受外界影響，可以以任意方式插入凍土層，連接成一個完整的導(dǎo)熱制冷系統(tǒng)，進(jìn)而可導(dǎo)出凍土層熱量，以保障機(jī)場跑道的穩(wěn)定，確保飛機(jī)運行安全。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的采用半導(dǎo)體熱管的凍土地區(qū)制冷裝置構(gòu)成示意圖。