一種寒區隧道定型相變材料保溫防凍結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及隧道工程災害防治技術領域，具體涉及一種寒區隧道定型想變材料保溫防凍結構。
【背景技術】
[0002]在氣溫溫度低于0°C的寒冷地區修建隧道時，會不可避免的出現結冰和積雪現象，其具體表現為隧道二次襯砌洞頂懸吊冰柱、邊墻掛冰溜等病害，如果這些病害不及時解決，二次襯砌背后的水排不出，圍巖的凍融循環會加速隧道二次襯砌的破壞，對隧道混凝土帶來眾多的結構破壞，嚴重影響列車的安全運營和建筑物的正常使用。因此，采用合理的保溫防凍系統對寒區隧道減少行車隱患、避免發生交通事故至關重要。
[0003]目前，國內有許多隧道保溫防凍的方案，例如國內通常采用的防寒門法和供熱法，日本的紅外線加熱裝置、美國的熱氣幕隔離裝置等。其中，供熱法能量消耗太大而不宜使用；防寒門法由于干擾行車，使用較少；紅外線加熱、熱氣幕隔離裝置方法雖然效果好，但工期長、投資大、安裝復雜，不符合我國國情。因此，需要一種耗能低、施工方便、融冰快且效果持久的新型結構來滿足生產要求。
【發明內容】
[0004]針對上述現有技術中存在的問題，本實用新型的目的在于，提供一種結構緊湊、安裝方便、高效融冰、能耗低、投資小并且可以實現間接加熱-儲熱-融冰控制的隧道相變材料保溫防凍結構。
[0005]為了實現上述任務，本實用新型采用以下技術方案:
[0006]一種寒區隧道定型相變材料保溫防凍結構，包括設置在隧道二襯表面的防水層，防水層上設置有保溫板，在防水層與保溫板之間設置有相變材料儲能層，相變材料儲能層可釋放熱量通過防水層釋放到隧道二襯中。
[0007]進一步地，所述的相變材料儲能層包括相變材料層，在相變材料層中盤繞設置有加熱元件；相變材料儲能層封裝在一個外殼中。
[0008]進一步地，所述的加熱元件通過導線構成回路并且在回路上串接有電源，在回路上還設置有溫度開關，溫度開關可根據當前溫度控制回路電流的通斷。
[0009]進一步地，所述的溫度開關包括控制器和連接在控制器上的溫度傳感器、繼電器，當相變材料層溫度達到臨界溫度T。時，控制器通過繼電器導通回路，加熱元件開始加熱；當相變材料層溫度達到臨界溫度T1時控制器通過繼電器斷開回路。
[0010]進一步地，所述的保溫板表面設置有防火板。
[0011]本實用新型具有以下技術特點:
[0012]定型相變材料能夠有效的儲存熱量并使熱量均勻傳遞，然后通過防水層傳遞到隧道二襯表面，該過程耗能低、安全可靠、使用壽命長切保溫防凍效果極佳。首先，本實發明的一種寒區隧道定型相變材料保溫防凍結構以定型相變材料和鐵基合金加熱元件為媒介，相變材料能夠有效儲存并分散熱量，使防冰融冰均勻，避免加熱元件長時間工作，降低運行費用。其次，鐵基合金的電阻率極高，能將高達99%以上的電能轉化為熱能，且其硬度高，抗振動和抗沖擊性能良好，抗氧化性良好，且價格便宜，為相變材料板的長時間工作提供了保障。再次，加熱元件與溫度開關相連接，當相變材料處于儲熱融冰狀態時，加熱電路處于休眠模式，當相變材料低于臨界溫度T。時，鐵基合金加熱元件處于加熱模式，其熱量直接傳遞到高分子相變材料中實現相變儲熱，當臨界溫度到達T1時停止加熱，這種間歇加熱-儲熱-融冰模式，使該復合板結構緊湊、高效融冰。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的整體結構示意圖；
[0014]圖2為定型相變材料儲能層的結構不意圖；
[0015]圖中標號代表:10—隧道二襯，11—防水層，12—相變材料儲能層，13—保溫板，14 一防火板，15 —電源，121 —相變材料層，122—導線，123—外殼，124—加熱元件，131—扁鋼，132—膨脹螺栓，141 一自攻螺釘，151—溫度開關。
【具體實施方式】
[0016]本實用新型提出一種結構，能在隧道二襯溫度過低時釋放熱量以防止冰凍，釋放熱量的同時可部分存儲起來，以保持長時間的保溫效果。
[0017]如圖1所示，一種寒區隧道定型相變材料保溫防凍結構，包括設置在隧道二襯10表面的防水層11，防水層11上設置有保溫板13，在防水層11與保溫板13之間設置有相變材料儲能層12，相變材料儲能層12可釋放熱量通過防水層11釋放到隧道二襯10中。
[0018]本方案中設置的防水層11為具有粘接性的導熱性良好的防水卷材，直接與隧道二襯10和相變材料儲能層12緊密粘接，其本身具有的粘接性和良好的導熱性避免使用額外的粘接材料，減少結構的厚度，提高傳熱效率。
[0019]具體地，本方案中的相變材料儲能層12包括相變材料層121，在相變材料層121中盤繞設置有加熱元件124 ;相變材料儲能層12封裝在一個外殼123中。
[0020]上述的相變材料層121是一種固-液形狀穩定聚合物相變材料，由相變材料和支撐材料組成，其中相變材料為石蠟，或石蠟類物質，支撐材料為HDPE (高壓聚乙烯)、PS (聚苯乙烯樹枝)、PP(聚丙烯)等一系列高分子材料中的一種或幾種。由于HDEP等高分子材料具有三維網狀結構，通過與相變材料熔融共混可將相變材料包覆起來形成復合等高分子材料，因此石蠟熔融時，聚乙烯等高分子材料能起到支撐和封裝的作用，使材料在相變前后保持外形上的固體狀態，無需嚴密封裝，在簡單封裝下不會發生滲漏，且其造價低，質量輕。相變材料儲能層12封裝在一個外殼123中，防止在加熱過程中相變材料層121熔融流動使相變材料層121變形而影響使用效果；這里的外殼123要求具有良好的導熱性和絕緣性。
[0021]如圖2所示，為相變材料儲能層12的內部結構示意圖。加熱元件124通過導線122構成回路并且在回路上串接有電源15，在回路上還設置有溫度開關151，溫度開關151可根據當前溫度控制回路電流的通斷。
[0022]上述的加熱元件124可采用鐵基合金，按照圖示中的例子，加熱元件124盤繞均勻分布在相變材料層121中，并且通過線卡固定；回路上的溫度開關151主要用來控制回路的通斷，控制的依據為當前的溫度值。該鐵基合金加熱元件124具有高的電阻率和硬度，抗振動和抗沖擊性能良好，抗氧化性良好，且價格便宜。
[0023]保溫板13為酚醛泡沫保溫板13，能夠減少熱量背向融冰方向散失，提高融冰效果O
[0024]更具體地，溫度開關151包括控制器和連接在控制器上的溫度傳感器、繼電器；將回路上的導線122斷開，將繼電器的固定觸點、活動觸點分別連接斷開的導線122 ;當相變材料層121溫度達到臨界溫度T。時，控制器通過繼電器導通回路，加熱元件124開始加熱；當相變材料層121溫度達到臨界溫度T1時控制器通過繼電器斷開回路。加熱的同時，熱量傳遞到相變材料層121中實現了相變儲熱。
[0025]保溫板13表面設置有防火板14，防火板14為玻璃纖維增強硅酸蓋板，并用自攻螺釘141與保溫板13連接。
[0026]本方案的防凍結構施工過程參考如下:
[0027]1.將防水卷材(防水層11)布置在隧道二襯10表面；
[0028]2.將加熱元件124布置在相變材料層121中，并用線卡固定；
[0029]3.將加熱元件124與溫度開關151串接，然后與電源15連接，將溫度傳感器置于相變材料層121中；
[0030]4.用外殼123將相變材料層121封裝，組成相變材料儲能層12 ;
[0031]5.在相變材料儲能層12上布置保溫板13，在保溫板13上四周布置45mmX 4mm扁鋼131，再用膨脹螺栓132依次穿過扁鋼131和保溫板13固定保溫板13 ;
[0032]6.在保溫板13表面布置防火板14，并用自攻螺釘141依次穿過防火板14和扁鋼131固定防火板14，同時在防火板14上遇到膨脹螺栓132頭的地方開孔使防火板14緊貼扁鋼131，進而完成施工操作。
[0033]本實用新型的工作原理為:當環境溫度在在0°C以下時，儲存在定型相變材料中的大量的熱量透過防水層11釋在隧道二襯10表面，防止隧道內部結冰。當相變材料溫度達到臨界溫度T。時，鐵基合金加熱元件124開啟加熱模式，其熱量直接傳遞到高分子相變材料中實現相變儲熱，當臨界溫度到達T1時停止加熱，熱電轉換效率高達99%以上。
【主權項】
1.一種寒區隧道定型相變材料保溫防凍結構，其特征在于，包括設置在隧道二襯(10)表面的防水層(11)，防水層(11)上設置有保溫板(13)，在防水層(11)與保溫板(13)之間設置有相變材料儲能層(12)，相變材料儲能層(12)可釋放熱量通過防水層(11)釋放到隧道二襯(10)中。2.如權利要求1所述的寒區隧道定型相變材料保溫防凍結構，其特征在于，所述的相變材料儲能層(12)包括相變材料層(121)，在相變材料層(121)中盤繞設置有加熱元件(124);相變材料儲能層(12)封裝在一個外殼(123)中。3.如權利要求2所述的寒區隧道定型相變材料保溫防凍結構，其特征在于，所述的加熱元件(124)通過導線(122)構成回路并且在回路上串接有電源(15)，在回路上還設置有溫度開關(151)，溫度開關(151)可根據當前溫度控制回路電流的通斷。4.如權利要求3所述的寒區隧道定型相變材料保溫防凍結構，其特征在于，所述的溫度開關(151)包括控制器和連接在控制器上的溫度傳感器、繼電器，當相變材料層(121)溫度達到臨界溫度T。時，控制器通過繼電器導通回路，加熱元件(124)開始加熱；當相變材料層(121)溫度達到臨界溫度T1時控制器通過繼電器斷開回路。5.如權利要求1所述的寒區隧道定型相變材料保溫防凍結構，其特征在于，所述的保溫板(13)表面設置有防火板(14)。
【專利摘要】本實用新型公開了一種寒區隧道定型相變材料保溫防凍結構，包括設置在隧道二襯表面的防水層，防水層上設置有保溫板，在防水層與保溫板之間設置有相變材料儲能層，相變材料儲能層可釋放熱量通過防水層釋放到隧道二襯中。本實用新型結構緊湊、安裝方便、高效融冰、能耗低、投資小并且可以實現間接加熱-儲熱-融冰控制，熱電轉換效率高達99％以上。
【IPC分類】E21D11/38
【公開號】CN204920992
【申請號】CN201520716751
【發明人】賴金星, 牛方園, 樊浩博, 邱軍領, 王開運
【申請人】長安大學
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年9月16日