防冻给水管道的制作方法

本实用新型涉及管道领域，具体涉及一种防冻给水管道。

背景技术：

在寒冷甚至严寒的地区，没有防冻措施的给水管道经常会被冻结，为了实现给水管道的保温防冻，通常将管道敷设在冻土层以下或者对给水管进行电加热，我国部分地区的冻土深度可达2-3米，如果将管道敷设在冻土层以下，建设费用较高，施工难度大，以后维护检修不方便。如果采用电加热的方式补充流体损失的热量，使其温度保持在正常工作的范围内。然而该方法需要耗费大量电能，依靠电阻丝而发热，以传导的方式传导热量，缺点是电能转化为热能的转化率很低，升温较慢、滞后性明显、人员检修时存在检修时安全触电的隐患，且运营成本和维护管理成本较高，尤其是常年温度较低时，也需要常年需要打开电伴热来保持水温就显得特别不经济。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种重量更轻、电耗损失更低、便于施工和后期维护的防冻给水管道。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：防冻给水管道，包括从内至外依次设置的内管、加热层、绝缘保温层和电源，所述加热层与电源相连，所述加热层为碳纤维网。

进一步地，所述碳纤维网包括多根环形碳纤维丝和多根直线碳纤维丝，所述环形碳纤维丝环绕在内管外，且相邻两环形碳纤维丝之间的距离相等，所述直线碳纤维丝沿着内管的轴向分布，每根直线碳纤维丝与所有的环形碳纤维丝相连，且相邻两根直线碳纤维丝之间的距离相等。

进一步地，还包括温度传感器和控制器，温度传感器安装在内管处，所述碳纤维网和温度传感器均与控制器电连接。

进一步地，所述电源为太阳能光伏板，所述太阳能光伏板连接有蓄电池。

进一步地，还包括管沟，所述内管、加热层和绝缘保温层均设置在管沟内部。

进一步地，所述管沟内设置有保护管，连接加热层的线缆设置在保护管内。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型采用碳纤维网替代传统的电阻丝作为加热元件，具有以下优点：

1、碳纤维两端加压导电后，电能迅速转化为热能，通过远红外线辐射散发热量，其工作原理是在电的引发激励下，通过碳分子团产生“布朗运动”，由碳分子间的互相撞击和摩擦从而产生热能，生成大量的红外线辐射，其电能与热能转换率达98％以上，因此可以降低耗电量，降低维持成本。

2、碳纤维的重量小，使得管道的整体重量降低，且抗拉强度较高，能够增强管道强度。

3、本管道可以敷设在地表，不需要埋在冻土层之下，从而施工和后期维护方便。

附图说明

图1为本实用新型的整体示意图；

图2为本实用新型加热层的示意图；

附图标记：1—内管；2—加热层；21—环形碳纤维丝；22—直线碳纤维丝；3—绝缘保温层；4—温度传感器；5—控制器；6—电源；7—蓄电池；8—管沟；9—保护管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

本实用新型的防冻给水管道，如图1所示，包括从内至外依次设置的内管1、加热层2、绝缘保温层3和电源6，所述加热层2与电源6相连，所述加热层2为碳纤维网。

内管1采用绝缘的管道，如涂覆绝缘漆的金属管道，可将加热层2产生的热量传递至管内的水中，使水温升高。内管1的内壁光滑，降低对水的阻力。绝缘保温层3起到支撑整个管道、保护加热层2且隔热的作用，防止加热层2产生的热量传递至外界空气中。绝缘保温层3可以是泡沫层等常见的绝缘且隔热材质。加热层2采用碳纤维网，碳纤维的热膨胀系数小，能适应温度变化，碳纤维网两端加压导电后，电能迅速转化为热能，通过远红外线辐射散发热量，其工作原理是在电的引发激励下，通过碳分子团产生“布朗运动”，由碳分子间的互相撞击和摩擦从而产生热能，生成大量的红外线辐射，它所发射的远红外大部分波长在8μm至14μm之间，对人友好无安全隐患，其电能与热能转换率达98％以上，大大减少转换及传递过程中的能量损失，因此可以降低耗电量，降低维持成本。此外，碳纤维的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500mpa以上，是钢的7至9倍，抗拉弹性模量为230至430gpa亦高于钢，采用碳纤维网作为加热层2后，可以减小管道的整体重量，提高管道的强度。

碳纤维网可以是有多根碳纤维丝组成的各种形状的网状结构，优选的，如图2所示，所述碳纤维网包括多根环形碳纤维丝21和多根直线碳纤维丝22，所述环形碳纤维丝21环绕在内管1外，且相邻两环形碳纤维丝21之间的距离相等，所述直线碳纤维丝22沿着内管1的轴向分布，每根直线碳纤维丝22与所有的环形碳纤维丝21相连，且相邻两根直线碳纤维丝22之间的距离相等。环形碳纤维丝21和直线碳纤维丝22均匀分布，保证内管1均匀受热。

碳纤维网的通断电可通过人工手动控制，为了实现碳纤维网的自动通断电，降低人工成本，本实用新型还包括温度传感器4和控制器5，温度传感器4安装在内管1处，所述碳纤维网和温度传感器4均与控制器5电连接。温度传感器4为多个，均匀安装在内管1上，用于检测内管1的温度并将温度信号传输至控制器5，当温度降低至一定值时，控制器5控制碳纤维网通电，碳纤维网对内管1进行加热，当内管1的温度升高至设定值时，控制器5控制碳纤维网断电，从而实现即时、自动化地控制。控制器5采用现有一般的控制元件即可。

电源6可采用蓄电池，每个一段时间需要对蓄电池进行充电或更换新的蓄电池，为了便于后期维护，所述电源6为太阳能光伏板，所述太阳能光伏板连接有蓄电池7。太阳能光伏板将太阳能转化为电能，并将电能存储在蓄电池7中，蓄电池7通过线缆与温度传感器4、控制器5以及碳纤维网相连，用于为这些元件提供电能。

本实用新型还包括管沟8，管沟8的横截面呈矩环形，具有矩形的空腔，顶部设置有可拆卸的顶盖，所述内管1、加热层2和绝缘保温层3均设置在管沟8内部，用于保护管道，同时具有一定的保温隔热效果，施工时，在地面挖敷设管道的布管坑，再将管沟8设置在布管坑中，然后将管道放入管沟8，最后盖上管沟8的顶盖即可。管沟8可以是混凝土，也可以是高分子材料、金属材质等。

所述管沟8内设置有保护管9，连接加热层2的线缆设置在保护管9内，保护管9可采用塑料管，将连接加热层2的线缆布置在保护管9内，可以起到保护线缆的作用，防止线缆被物理破坏或者腐蚀，提高使用寿命。

综上，本实用新型与电阻丝加热的现有技术相比，热利用率更高，能耗更低，重量更轻；与将管道预埋在冻土层之下相比，施工方便快捷，成本低，后期维护方便。