CN110295626B - 给排水管道的防冻装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种给排水管道的防冻装置，包括管廊和防冻箱，所述管廊包括廊体和与廊体可拆卸连接的廊盖，所述防冻箱位于廊体内部，且防冻箱包括箱体和可拆卸的箱盖，所述箱体和箱盖均包括从外至内依次设置的散冷层、半导体制热制冷层和散热层。还公开了一种给排水管道的防冻装置的施工方法，包括以下步骤：A、在地表挖布管沟，布管沟位于冻土层之上；B、在布管沟内设置廊体；C、将箱体装入廊体；D、将给排水管道放入箱体；E、盖上箱盖，并在箱盖上方铺设保温层；F、盖上廊盖。本装置防冻效果好，且施工和后期维护成本低。

Description

给排水管道的防冻装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及管道施工技术领域，具体涉及一种给排水管道的防冻装置及其施工方法。

背景技术

川藏铁路是即将开工建设的高难度重要铁路，其连接成都至西藏拉萨，铁路沿线存在地形高差显著、气候差急剧异、地质条件复杂、生态环境特别脆弱等五大特征,设计、施工建设难度都极大。此外，川藏铁路沿线大部分地区属于极度严寒地区，风沙严重，阳光充沛紫外线照射强烈，生态特别脆弱、高海拔、低温缺氧，昼夜温差大、常年季节冻土很深，局部大部分冻土深度可达3～4米，周边雪山巍峨，地表常年积雪深局部2～3m左右。一般的给排水管道是埋在冻土层以下以防止冻结，但由于川藏铁路沿线存在冻土层非常厚的恶劣环境，在川藏铁路沿线的高寒、生态脆弱地区项目中，如果把给排水管道全部敷设在冻土层以下，建设费用较高，造成投资浪费，施工难度大，由于埋深大维护管理或者需要挖完冻土层才能检修，使得效率不高；若采用常规管道加热保温措施时，热污染严重对生态影响严重，且耗耗费电力非常不经济，温度也不够不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种给排水管道的防冻装置及其施工方法，降低管道的施工难度，节省成本，且防止管道被冻结，保证给排水的正常。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：给排水管道的防冻装置，包括管廊和防冻箱，所述管廊包括廊体和与廊体可拆卸连接的廊盖，所述防冻箱位于廊体内部，且防冻箱包括箱体和可拆卸的箱盖，所述箱体和箱盖均包括从外至内依次设置的散冷层、半导体制热制冷层和散热层，所述半导体制热制冷层的制冷端与散冷层相连，半导体制热制冷层的制热端与散热层相连。

进一步地，所述箱盖与廊盖之间填充有保温层。

进一步地，还包括温度传感器和控制器，所述温度传感器设置在箱体内部，且温度传感器和半导体制热制冷层均与控制器电连接。

进一步地，还包括发电机构，所述发电机构连接有蓄电池，所述控制器、半导体制热制冷层和温度传感器均与蓄电池连接。

进一步地，所述箱体内设置有管支座，所述管支座的顶面设置有定位槽。

给排水管道的防冻装置的施工方法，包括以下步骤：

A、在地表挖布管沟，布管沟位于冻土层之上；

B、在布管沟内设置廊体；

C、将箱体装入廊体；

D、将给排水管道放入箱体；

E、盖上箱盖，并在箱盖上方铺设保温层；

F、盖上廊盖。

进一步地，在步骤E之前，建造发电机构，并安装蓄电池和控制器；

在步骤C或D中，将温度传感器安装在箱体内，并将温度传感器和箱体的半导体制热制冷层均连接到蓄电池和控制器；

在步骤E之后，将箱盖的半导体制热制冷层连接到蓄电池和控制器。

进一步地，发电机构为太阳能发电机构或者风力发电机构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在箱体和箱盖内设置半导体制热制冷层后，可以有效维持箱体内部的温度，避免箱体内部的温度过低，从而防止管道冻结。半导体制热制冷层是利用帕尔帖效应，与传统的电热丝加热保温的方式相比，具有能耗低、无噪声、无振动、不需制冷剂、体积小、重量轻等特点，且工作可靠，操作简便，易于进行冷热调节，实施成本和维护成本都比较低，且由于热量是从半导体制热制冷层的冷端传递至热端，即从箱体外侧传递至箱体的内侧，就避免了热量散失到周围的环境中而导致冻土层融化、冰雪融化等现象，即避免了热污染，有利于维持管路沿线的生态，避免环境因施工而破坏。此外，采用半导体制热制冷层进行制热保温后，可以将箱体设置在地表，位于冻土层之上，施工时不需要挖很深的布管沟，施工量较小，进度大，成本低。

附图说明

图1为本发明的示意图。

附图标记：11—廊体；12—廊盖；21—箱体；22—箱盖；23—散冷层；24—半导体制热制冷层；25—散热层；26—保温层；27—温度传感器；28—控制器；29—发电机构；210—蓄电池；211—管支座；100—地表；200—给排水管道；300—冻土层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明的给排水管道的防冻装置，如图1所示，包括管廊和防冻箱，所述管廊包括廊体11和与廊体11可拆卸连接的廊盖12，所述防冻箱位于廊体11内部，且防冻箱包括箱体21和可拆卸的箱盖22，所述箱体21和箱盖22均包括从外至内依次设置的散冷层23、半导体制热制冷层24和散热层25，所述半导体制热制冷层24的制冷端与散冷层23相连，半导体制热制冷层24的制热端与散热层25相连。

管廊用于布置和保护防冻箱，同时起到一定的隔热保温的效果，管廊可以采用混凝土材质，也可以采用耐腐蚀的金属或者塑料材质。廊盖12扣在廊体11的顶部，以便于方便地开启和关闭廊盖12。防冻箱是为了布置给排水管道200而增加的，箱体21可自然放置于廊体11内，且箱体21的外侧壁与廊体11的内侧壁相贴合，以保证箱体21的稳定性。箱体21和箱盖22扣合连接，以便于开启和关闭箱盖22。箱体21和箱盖22围成封闭的空腔，可以将给排水管道200布置在空腔内，箱体21和箱盖22内均设置了半导体制热制冷层24进行温度控制，温控原理为帕尔帖效应，即当电荷在导体中流动形成电流时，会发生能量的转移现象，导体的一端就会释放热量而温度降低，从而成为制冷端，而另一端吸收热量而温度升高，从而成为制热端。本申请将半导体通电后释放热量的一端设置在箱体21内侧，将吸收热量的一端设置在箱体21外侧，就形成了能够在箱体21内制热且在箱体21外制冷的半导体制热制冷层24。采用这种温控方式后，与常规的电加热丝制热相比，由于热量是从半导体制热制冷层24的冷端传递至热端，即从箱体21外侧传递至箱体21的内侧，就避免了热量散失到周围的环境中而导致冻土层融化、冰雪融化等现象，即避免了热污染，有利于维持管路沿线的生态，避免环境因施工而破坏。

为了加快半导体制热制冷层24内侧热量的释放和外侧热量的吸收，在半导体制热制冷层24内侧设置了散热层25，外侧设置了散冷层23，散冷层23和散热层25采用导热系数高的材质，如不锈钢、铁等金属材质。此外，散冷层23和散热层25还起到保护半导体制热制冷层24的作用。

廊体11的深度大于防冻箱的高度，防冻箱位于廊体11的底部，且防冻箱与廊盖12之间具有一定的距离，从而可以在所述箱盖22与廊盖12之间填充有保温层26，保温层26采用现有的保温材质即可，如棉布、海绵、秸秆、玻璃棉等。当外界环境的温度骤然下降时，保温层26可起到一定的保温作用，降低外界低温对给排水管道200的影响，从而降低半导体制热制冷层24的能耗。当然，在平时，保温层26的保温效果也能够避免防冻箱内的温度快速变化，有利于维持温度的平稳。

半导体制热制冷层24通断电的控制可采用人工进行，比如每隔一段距离设置一个温度检测点和管理人员，当温度检测点的温度降低至设定值时，如0摄氏度，管理人员手动闭合半导体制热制冷层24的通电开关。为了降低人工成本，实现自动化、即时化地控制半导体制热制冷层24的通断电，本发明还包括温度传感器27和控制器28，所述温度传感器27设置在箱体21内部，且温度传感器27和半导体制热制冷层24均与控制器28电连接。温度传感器27检测箱体21内部的温度并将检测到的温度信息传输至控制器28，控制器28对温度信号进行处理，当温度值降低至设定值时，则控制半导体制热制冷层24通电制热，防止给排水管道200温度降低而冻结，当温度升高至设定值时，则控制半导体制热制冷层24断电，停止制热。

半导体制热制冷层24、控制器28和温度传感器27运行时需要电源，电源可采用大容量的电池，每隔一段时间换一次电池。为了实现持续供电，降低后期维护的工作量，本发明还包括发电机构29，所述发电机构29连接有蓄电池210，所述控制器28、半导体制热制冷层24和温度传感器27均与蓄电池210连接。发电机构29采用风力发电机构或者太阳能发电机构，具体可根据当地地理条件确定，如周围空旷，风力较足则可以建立风力发电机构，如果太阳能充足的话可以建立太阳能发电机构，太阳能发电机构和风力发电机构均采用现有技术即可。发电机构29发的电充入蓄电池210进行存储，蓄电池210再向半导体制热制冷层24、控制器28和温度传感器27供电。

给排水管道200可直接放入箱体21的底面上，优选的，所述箱体21内设置有管支座211，所述管支座211的顶面设置有定位槽。管支座211为多个，每个管支座211可以放置一个给排水管道200，或者在一个管支座211的顶面设置多个定位槽，每个定位槽上放置一个给排水管道200。定位槽可以是V形或者半圆形等，用于对给排水管道200进行定位，使给排水管道200保持稳定，防止给排水管道200滚动或滑动。

上述给排水管道的防冻装置的施工方法，包括以下步骤：

A、在地表100挖布管沟，布管沟位于冻土层300之上。由于本装置采用了半导体制热制冷层24进行制热，可有效避免箱体21内的温度过低而冻结，因此，不需要采用将给排水管道200埋入冻土层300以下的方式来防止管道冻结，布管沟位于冻土层300之上，土方的开挖量很小，工程量较小，有利于降低成本，提高施工效率。

B、在布管沟内设置廊体11。廊体11为混凝土时，可以在布管沟内浇筑廊体11的底板和侧板。廊体11为金属、塑料或者保温板材时，在布管沟外拼装好后放入布管沟内，廊体11的外部尺寸与布管沟的尺寸适配，确保廊体11能够在布管沟中保持稳定。

C、将箱体21装入廊体11，箱体21直接放入廊体11即可。

D、将给排水管道200放入箱体21，具体将排水管道200放在管支座211的定位槽内。

E、盖上箱盖22，并在箱盖22上方铺设保温层26。

F、盖上廊盖12。

在步骤E之前，即可以在步骤A、B、C、D中的任意一个步骤中，建造发电机构29，并安装蓄电池210和控制器28，发电机构29为太阳能发电机构或者风力发电机构，可将发的电存储在蓄电池210中。蓄电池210和控制器28可以安装在防水的电气箱中。同时，在步骤C或D中，将温度传感器27安装在箱体21内，并将温度传感器27和箱体21的半导体制热制冷层24均连接到蓄电池210和控制器28。在步骤E之后，将箱盖22的半导体制热制冷层24连接到蓄电池210和控制器28。将蓄电池210、控制器28、温度传感器27和半导体制热制冷层24按照电气施工图连接，实现温度检测、半导体制热制冷层24通断电的自动化控制。

综上，本发明具有以下优点：

1、半导体制热制冷层24可以制热，使防冻箱内的温度高于水冻结的温度，从而防止管道冻结而堵塞。

2、半导体制热制冷层24利用帕尔帖效应进行制热，与传统的电热丝加热保温的方式相比，具有能耗低、无噪声、无振动、不需制冷剂、体积小、重量轻等特点，且工作可靠，操作简便，易于进行冷热调节，实施成本和维护成本都比较低，且由于热量是从半导体制热制冷层24的冷端传递至热端，即从箱体21外侧传递至箱体21的内侧，就避免了热量散失到周围的环境中而导致冻土层融化、冰雪融化等现象，即避免了热污染，有利于维持管路沿线的生态，避免环境因施工而破坏。

3、由于具有良好的防冻性能，本装置可安装在地表100，施工非常方便，投资成本低，且后期维护方便，维护成本低。

4、利用太阳能发电机构或者风力发电机构供电，清洁无污染。

Claims (8)

1.给排水管道的防冻装置，其特征在于，安装于常年冻土、积雪地区的冻土层(300)之上，包括管廊和防冻箱，所述管廊包括廊体(11)和与廊体(11)可拆卸连接的廊盖(12)，所述防冻箱位于廊体(11)内部，且防冻箱包括箱体(21)和可拆卸的箱盖(22)，所述箱体(21)和箱盖(22)均包括从外至内依次设置的散冷层(23)、半导体制热制冷层(24)和散热层(25)，所述半导体制热制冷层(24)的制冷端与散冷层(23)相连，半导体制热制冷层(24)的制热端与散热层(25)相连。

2.根据权利要求1所述的给排水管道的防冻装置，其特征在于，所述箱盖(22)与廊盖(12)之间填充有保温层(26)。

3.根据权利要求1所述的给排水管道的防冻装置，其特征在于，还包括温度传感器(27)和控制器(28)，所述温度传感器(27)设置在箱体(21)内部，且温度传感器(27)和半导体制热制冷层(24)均与控制器(28)电连接。

4.根据权利要求3所述的给排水管道的防冻装置，其特征在于，还包括发电机构(29)，所述发电机构(29)连接有蓄电池(210)，所述控制器(28)、半导体制热制冷层(24)和温度传感器(27)均与蓄电池(210)连接。

5.根据权利要求1所述的给排水管道的防冻装置，其特征在于，所述箱体(21)内设置有管支座(211)，所述管支座(211)的顶面设置有定位槽。

6.根据权利要求1至5任意一项权利要求所述的给排水管道的防冻装置的施工方法，其特征在于，用于常年冻土、积雪地区的给排水管道施工，包括以下步骤：

A、在地表(100)挖布管沟，布管沟位于冻土层(300)之上；

B、在布管沟内设置廊体(11)；

C、将箱体(21)装入廊体(11)；

D、将给排水管道(200)放入箱体(21)；

E、盖上箱盖(22)，并在箱盖(22)上方铺设保温层(26)；

F、盖上廊盖(12)。

7.根据权利要求6所述的给排水管道的防冻装置的施工方法，其特征在于，

在步骤E之前，建造发电机构(29)，并安装蓄电池(210)和控制器(28)；

在步骤C或D中，将温度传感器(27)安装在箱体(21)内，并将温度传感器(27)和箱体(21)的半导体制热制冷层(24)均连接到蓄电池(210)和控制器(28)；

在步骤E之后，将箱盖(22)的半导体制热制冷层(24)连接到蓄电池(210)和控制器(28)。

8.根据权利要求7所述的给排水管道的防冻装置的施工方法，其特征在于，发电机构(29)为太阳能发电机构或者风力发电机构。

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