一種寒區(qū)隧道定型相變材料保溫防凍結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及隧道工程災(zāi)害防治技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種寒區(qū)隧道定型想變材料保溫防凍結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]在氣溫溫度低于0°C的寒冷地區(qū)修建隧道時，會不可避免的出現(xiàn)結(jié)冰和積雪現(xiàn)象，其具體表現(xiàn)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(huán)會加速隧道二次襯砌的破壞，對隧道混凝土帶來眾多的結(jié)構(gòu)破壞，嚴(yán)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(tǒng)對寒區(qū)隧道減少行車隱患、避免發(fā)生交通事故至關(guān)重要。
[0003]目前，國內(nèi)有許多隧道保溫防凍的方案，例如國內(nèi)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(fù)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(jié)構(gòu)來滿足生產(chǎn)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型的目的在于，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、高效融冰、能耗低、投資小并且可以實現(xiàn)間接加熱-儲熱-融冰控制的隧道相變材料保溫防凍結(jié)構(gòu)。
[0005]為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本實用新型采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種寒區(qū)隧道定型相變材料保溫防凍結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在隧道二襯表面的防水層，防水層上設(shè)置有保溫板，在防水層與保溫板之間設(shè)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(shè)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(dǎo)線構(gòu)成回路并且在回路上串接有電源，在回路上還設(shè)置有溫度開關(guān)，溫度開關(guān)可根據(jù)當(dāng)前溫度控制回路電流的通斷。
[0009]進一步地，所述的溫度開關(guān)包括控制器和連接在控制器上的溫度傳感器、繼電器，當(dāng)相變材料層溫度達到臨界溫度T。時，控制器通過繼電器導(dǎo)通回路，加熱元件開始加熱；當(dāng)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(shè)置有防火板。
[0011]本實用新型具有以下技術(shù)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(fā)明的一種寒區(qū)隧道定型相變材料保溫防凍結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(guān)相連接，當(dāng)相變材料處于儲熱融冰狀態(tài)時，加熱電路處于休眠模式，當(dāng)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(xiàn)相變儲熱，當(dāng)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(fù)合板結(jié)構(gòu)緊湊、高效融冰。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為定型相變材料儲能層的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0015]圖中標(biāo)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(dǎo)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(guān)。
【具體實施方式】
[0016]本實用新型提出一種結(jié)構(gòu)，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(qū)隧道定型相變材料保溫防凍結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在隧道二襯10表面的防水層11，防水層11上設(shè)置有保溫板13，在防水層11與保溫板13之間設(shè)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(shè)置的防水層11為具有粘接性的導(dǎo)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(dǎo)熱性避免使用額外的粘接材料，減少結(jié)構(gòu)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(shè)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(wěn)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(zhì)，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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，通過與相變材料熔融共混可將相變材料包覆起來形成復(fù)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(tài)，無需嚴(yán)密封裝，在簡單封裝下不會發(fā)生滲漏，且其造價低，質(zhì)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(dǎo)熱性和絕緣性。
[0021]如圖2所示，為相變材料儲能層12的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。加熱元件124通過導(dǎo)線122構(gòu)成回路并且在回路上串接有電源15，在回路上還設(shè)置有溫度開關(guān)151，溫度開關(guān)151可根據(jù)當(dāng)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(guān)151主要用來控制回路的通斷，控制的依據(jù)為當(dāng)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(guān)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(dǎo)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(dǎo)線122 ;當(dāng)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(dǎo)通回路，加熱元件124開始加熱；當(dāng)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(xiàn)了相變儲熱。
[0025]保溫板13表面設(shè)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(jié)構(gòu)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(guān)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(dāng)環(huán)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(nèi)部結(jié)冰。當(dāng)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(xiàn)相變儲熱，當(dāng)臨界溫度到達T1時停止加熱，熱電轉(zhuǎn)換效率高達99%以上。
【主權(quán)項】
1.一種寒區(qū)隧道定型相變材料保溫防凍結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括設(shè)置在隧道二襯(10)表面的防水層(11)，防水層(11)上設(shè)置有保溫板(13)，在防水層(11)與保溫板(13)之間設(shè)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(quán)利要求1所述的寒區(qū)隧道定型相變材料保溫防凍結(jié)構(gòu)，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(shè)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(quán)利要求2所述的寒區(qū)隧道定型相變材料保溫防凍結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的加熱元件(124)通過導(dǎo)線(122)構(gòu)成回路并且在回路上串接有電源(15)，在回路上還設(shè)置有溫度開關(guān)(151)，溫度開關(guān)(151)可根據(jù)當(dāng)前溫度控制回路電流的通斷。4.如權(quán)利要求3所述的寒區(qū)隧道定型相變材料保溫防凍結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的溫度開關(guān)(151)包括控制器和連接在控制器上的溫度傳感器、繼電器，當(dāng)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(dǎo)通回路，加熱元件(124)開始加熱；當(dāng)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(quán)利要求1所述的寒區(qū)隧道定型相變材料保溫防凍結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的保溫板(13)表面設(shè)置有防火板(14)。
【專利摘要】本實用新型公開了一種寒區(qū)隧道定型相變材料保溫防凍結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在隧道二襯表面的防水層，防水層上設(shè)置有保溫板，在防水層與保溫板之間設(shè)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(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、高效融冰、能耗低、投資小并且可以實現(xiàn)間接加熱-儲熱-融冰控制，熱電轉(zhuǎn)換效率高達99％以上。
【IPC分類】E21D11/38
【公開號】CN204920992
【申請?zhí)枴緾N201520716751
【發(fā)明人】賴金星, 牛方園, 樊浩博, 邱軍領(lǐng), 王開運
【申請人】長安大學(xué)
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年9月16日