具有节能作用的水底土石层中的沉管隧道管段及节能方法与流程

本发明属于土木工程研究领域，尤其涉及一种具有节能作用的水底土石层中的沉管隧道管段。

背景技术：

沉管隧道目前应用于建造水下隧道，其方法是在船台或干坞中预制隧道管段，然后将预制好的管段下沉至挖好的水底沟槽内，然后在隧道上方覆盖保护土石层。另外隧道运营期内因为车辆能量消耗往往温度过高，同时隧道内照明和通风都需要消耗电能，因此需要一种具有节能作用的沉管隧道管段可以降低隧道内照明和通风的能量消耗。

技术实现要素：

本发明为了节省沉管隧道的能源消耗，本发明提供了一种具有节能作用的水底土石层中的沉管隧道管段。

本发明的技术方案：

一种具有节能作用的水底土石层中的沉管隧道管段，该沉管隧道管段被埋在水底且覆盖土石层，其特征在于：

沉管隧道管段内安装有温差发电装置和蓄电池，温差发电装置包括：

冷却板，其安装在沉管隧道管段的上部，从沉管隧道管段隔离出冷却腔室，沉管隧道管段的侧面开设有冷却腔室入口和冷却腔室出口，冷却腔室入口、冷却腔室出口与冷却腔室连通；

水泵，固定在土石层上方的水中，水泵能将水泵入冷却腔室入口、冷却腔室、冷却腔室出口，最后回到水中；

集热板，其位于冷却板的下方，从沉管隧道管段隔离出主体腔室，主体腔室的底部用于车辆和行人通行；

温差发电单元，若干个，包括：

热端导电板，其底面固定在集热板上且与集热板绝缘；

第一冷端导电板、第二冷端导电板，其顶面固定在冷却板的底面且与冷却板绝缘；

p型半导体柱、n型半导体柱，其底端与热端导电板的顶面固定、顶端分别与第一冷端导电板、第二冷端导电板的底面固定；

蓄电池，其两个电极分别连接第一冷端导电板、第二冷端导电板，获得充电，蓄电池还向隧道内的电器供电。

作为优选，所述的水泵为流速可调水泵，还包括：

第一温度计，其与所述冷却板固定，用于采集冷却板温度；

第二温度计，其与所述集热板固定，用于采集集热板温度；

温度监控器，连接第一温度计、第二温度计和流速可调水泵，温度监控器能根据第一温度计和第二温度计信号控制流速可调水泵。

当温度差值减小时可以加大冷却腔室入口流速从而更有效降低冷却板温度，从而保证温差发电单元在集热板和冷却板之间有足够的温度差来提供足够输出功率。

作为优选，所述集热板由下部的多个蜂窝多孔换热板和上部的导热板叠合而成，蜂窝多孔换热板具有很多微孔道，隧道通风风机吹动的气流流经上述微孔道。隧道通风风机吹动的气流流经上述微孔道可以有利于集热板在隧道中富集足够的热量，显然比隧道通风风机吹动的气流流经平板表面更有利于吸热。

一种具有节能作用的水底土石层中的沉管隧道管段的节能方法，其包括下述步骤：

步骤1：隧道通风风机吹动的气流流经集热板，集热板将隧道中吸收的热量传导至温差发电单元的热端导电板；

步骤2：水泵带动外部水依次流经冷却腔室入口、冷却腔室和冷却腔室出口，在这个过程中冷却第一冷端导电板和第二冷端导电板传导至冷却板上的热量；

步骤3：第一温度计监测集热板温度，第二温度计监测冷却板温度，然后通过温度监控器实时监测集热板和冷却板的温度差，若温度差过小则增大水泵流速从而降低冷却板温度；从而保证温差发电单元在集热板和冷却板之间有足够的温度差来提供足够输出功率；

步骤4：第一冷端导电板、第二冷端导电板分别与蓄电池连接并给蓄电池充电；

步骤5：蓄电池为隧道内的电器提供电能。

本发明的有益效果是节省沉管隧道运营期的能源消耗，通过温差发电辅助隧道照明和通风风机工作。

附图说明

图1为本发明的整体组装结构示意图；

图2为本发明的沉管隧道主体结构的横截面示意图；

图3为本发明的沉管隧道主体结构的横截面示意图；

图4位本发明的温差发电单元排列的三维结构示意图；

图5为本发明的温差发电单元的三维示意图；

图6为本发明的集热板的三维示意图

图中1.主体腔室，2.温差发电单元，3.集热板，4.冷却板，5.水泵，6.冷却腔室入口，7.冷却腔室，8.冷却腔室出口，9.水面，10.土石层，11.第一冷端导电板，12.p型半导体柱，13.热端导电板，14.n型半导体柱，15.第二冷端导电板，16.蓄电池，17.蜂窝多孔换热板，18.导热板，19.第一温度计，20.第二温度计，21.隧道通风风机吹动的气流。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1-6中本发明为了节省沉管隧道的能源消耗，本发明提供了一种具有节能作用的水底土石层中的沉管隧道管段。

本发明的技术方案：

一种具有节能作用的水底土石层中的沉管隧道管段，该沉管隧道管段被埋在水底且覆盖土石层，其特征在于：

沉管隧道管段内安装有温差发电装置和蓄电池16，温差发电装置包括：

冷却板4，其安装在沉管隧道管段的上部，从沉管隧道管段隔离出冷却腔室7，沉管隧道管段的侧面开设有冷却腔室入口6和冷却腔室出口8，冷却腔室入口6、冷却腔室出口8与冷却腔室7连通；

水泵5，固定在土石层上方的水中，水泵5能将水泵入冷却腔室入口6、冷却腔室7、冷却腔室出口8，最后回到水中；

集热板3，其位于冷却板4的下方，从沉管隧道管段隔离出主体腔室1，主体腔室1的底部用于车辆和行人通行；

温差发电单元2，若干个，包括：

热端导电板13，其底面固定在集热板3上且与集热板3绝缘；

第一冷端导电板11、第二冷端导电板15，其顶面固定在冷却板4的底面且与冷却板4绝缘；

p型半导体柱12、n型半导体柱14，其底端与热端导电板13的顶面固定、顶端分别与第一冷端导电板11、第二冷端导电板15的底面固定；

蓄电池16，其两个电极分别连接第一冷端导电板11、第二冷端导电板15，获得充电，蓄电池16还向隧道内的电器如风机照明灯等供电。

水泵5为流速可调水泵，还包括：

第一温度计19，其与冷却板4固定，用于采集冷却板4温度；

第二温度计20，其与集热板3固定，用于采集集热板3温度；

温度监控器，连接第一温度计19、第二温度计20和流速可调水泵，温度监控器能根据第一温度计19和第二温度计20信号控制流速可调水泵。

如图6所示，集热板3由下部的多个蜂窝多孔换热板和上部的导热板叠合而成，蜂窝多孔换热板具有很多微孔道，隧道通风风机吹动的气流流经上述微孔道。

一种具有节能作用的水底土石层中的沉管隧道管段的节能方法，其包括下述步骤：

步骤1：隧道通风风机吹动的气流流经集热板3，集热板3将隧道中吸收的热量传导至温差发电单元2的热端导电板；

步骤2：水泵5带动外部水依次流经冷却腔室入口6、冷却腔室7和冷却腔室出口8，在这个过程中冷却第一冷端导电板11和第二冷端导电板15传导至冷却板4上的热量；

步骤3：第一温度计19监测集热板3温度，第二温度计20监测冷却板3温度，然后通过温度监控器实时监测集热板3和冷却板4的温度差，若温度差过小则增大水泵5流速从而降低冷却板4温度；

步骤4：第一冷端导电板11、第二冷端导电板15分别与蓄电池连接并给蓄电池充电；

步骤5：蓄电池为隧道内的电器如风机或照明灯提供电能。