采用半导体热管的冻土地区制冷装置
技术领域
本发明属于机场专用设备技术领域，特别是涉及一种采用半导体热管的冻土地区制冷装置。
背景技术
随着全球气候变暖和人类工程活动的干预，多年冻土的水、热平衡状态逐渐被破坏。由于一些机场的跑道是建设在冻土地区，如果冻土层因温度升高或飞机起降等扰动而因此解冻，会导致机场跑道道面出现不均匀沉降和位移等现象，从而破坏跑道的稳定与安全运行。为了保护机场跑道的稳固，需要采取措施对冻土层的温度进行控制，使其能常年保持在0℃以下，以保障土体硬度。
如今的冻土层保护技术一般多用于青藏高原等海拔较高地区修建铁路、公路。传统的热管技术是在管道内部充满制冷液体，并将管道竖直插入土层中，其能将土层中的热量导出到外界，从而保持底部冻土层处于低温状态，但其缺点是具有较大局限性，并且转化效率较低。美国北部的阿拉斯加油田的管道运输也同样使用数十万支热管来对冻土层进行降温保护。近年来，半导体材料科学的发展衍生出半导体热管的相关研究，其是利用半导体材料的温差效应，通过直流电流时发生的能量转移来达到制冷效果。半导体热管使用范围更广泛，转化效率更高，不受季节与角度的限制，并且可以接入电子温控系统对温度进行控制。如果使用半导体热管对机场跑道的冻土层温度进行温控和热量导出，并且加以再利用，无疑能够保障机场跑道运行的安全稳定性。
目前国内机场跑道采用半导体热管的技术还较少，并且冻土地区的机场跑道还需要对冻土层温度进行控制，以保证机场跑道稳固而不发生沉降。传统热管只能竖向或者斜向插入土层，因此工作效率受外界环境影响较大。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种采用半导体热管的冻土地区制冷装置。
为了达到上述目的，本发明提供的采用半导体热管的冻土地区制冷装置包括半导体热管、稳压直流电源、冷却装置、水泵、水槽、输水管和排水管；其中多根半导体热管埋设在机场跑道下方的冻土层内部，每根半导体热管包括外层管、内层管、半导体制冷片、水管、导热涂层、电线通道和隔热层；所述的外层管和内层管以嵌套的方式设置，外层管的下端封闭，内层管的下端距离外层管的下端留有间隙；多片半导体制冷片并联设置在外层管和内层管之间的间隙中，热端位于内侧，冷端位于外侧，并且半导体制冷片的热端和冷端与内层管和外层管之间均设有导热涂层；电线通道设置在外层管和内层管之间；半导体制冷片上的导线通过电线通道向外引出；隔热层包覆在电线通道外部；水管设置在内层管的内侧，内外均充满循环水；水槽设置在机场跑道外侧的草坪区，内部盛有循环水；水泵的进水口设在水槽内，出水口通过输水管连接外层管的上端口；排水管的一端连接在内层管的上端口，另一端位于水槽的内部；冷却装置连接在排水管上；稳压直流电源同时与半导体制冷片、冷却装置和水泵电连接，用于为各用电部件供电。
所述的半导体制冷片的型号为TECI-12706，最大电流为6A，最大工作电压为15.4V。
所述的导热涂层采用硅脂材料制成。
所述的内层管和外层管均采用铜管。
所述的半导体热管以垂直、倾斜或水平方式埋设在机场跑道下方的冻土层内部。
本发明提供的采用半导体热管的冻土地区制冷装置中使用的半导体热管不受外界影响，可以以任意方式插入冻土层，连接成一个完整的导热制冷系统，进而可导出冻土层热量，以保障机场跑道的稳定，确保飞机运行安全。
附图说明
图1为本发明提供的采用半导体热管的冻土地区制冷装置构成示意图。
图2为本发明提供的采用半导体热管的冻土地区制冷装置中半导体热管结构分解示意图。
图3为本发明提供的采用半导体热管的冻土地区制冷装置中半导体热管整体结构立体图。
图4为本发明提供的采用半导体热管的冻土地区制冷装置中半导体热管组装透视图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明。
如图1—图4所示，本发明提供的采用半导体热管的冻土地区制冷装置包括半导体热管10、稳压直流电源11、冷却装置12、水泵13、水槽14、输水管15和排水管16；其中多根半导体热管10埋设在机场跑道下方的冻土层内部，每根半导体热管10包括外层管1、内层管2、半导体制冷片3、水管4、导热涂层7、电线通道8和隔热层9；所述的外层管1和内层管2以嵌套的方式设置，外层管1的下端封闭，内层管2的下端距离外层管1的下端留有间隙；多片半导体制冷片3并联设置在外层管1和内层管2之间的间隙中，热端位于内侧，冷端位于外侧，并且半导体制冷片3的热端和冷端与内层管2和外层管1之间均设有导热涂层7；电线通道8设置在外层管1和内层管2之间；半导体制冷片3上的导线通过电线通道8向外引出；隔热层9包覆在电线通道8外部；水管4设置在内层管2的内侧，内外均充满循环水；水槽14设置在机场跑道外侧的草坪区，内部盛有循环水；水泵13的进水口设在水槽14内，出水口通过输水管15连接外层管1的上端口；排水管16的一端连接在内层管2的上端口，另一端位于水槽14的内部；冷却装置12连接在排水管16上；稳压直流电源11同时与半导体制冷片3、冷却装置12和水泵13电连接，用于为各用电部件供电。
所述的半导体制冷片3的型号为TECI-12706，最大电流为6A，最大工作电压为15.4V。
所述的导热涂层7采用硅脂材料制成。
所述的内层管2和外层管1均采用铜管。
所述的半导体热管10以垂直、倾斜或水平方式埋设在机场跑道下方的冻土层内部。
现将本发明提供的采用半导体热管的冻土地区制冷装置的工作原理阐述如下：
当需要对机场跑道下方的冻土层进行制冷时，首先由操作人员启动本装置，利用水泵13将水槽14内的循环水6通过输水管15提供给半导体热管10上的外层管1，然后该循环水6将在外层管1和内层管2之间的空间中向下流动，在此过程中将与半导体制冷片3通过外层管1及导热涂层7吸收的冻土层的热量进行热交换，由此使循环水的温度升高，然后升温后的循环水5将从外层管1的下端流入内层管2，之后在内层管2内向上流动，再通过排水管16流入冷却装置12，由冷却装置12对升温后的循环水5进行冷却，最后流入水槽14内而用于循环使用。
