一种寒区隧道定型相变材料保温防冻结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种寒区隧道定型相变材料保温防冻结构，包括设置在隧道二衬表面的防水层，防水层上设置有保温板，在防水层与保温板之间设置有相变材料储能层，相变材料储能层可释放热量通过防水层释放到隧道二衬中。本实用新型专利技术结构紧凑、安装方便、高效融冰、能耗低、投资小并且可以实现间接加热-储热-融冰控制，热电转换效率高达99％以上。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及隧道工程灾害防治
，具体涉及一种寒区隧道定型想变材料保温防冻结构。
技术介绍
在气温温度低于0°C的寒冷地区修建隧道时，会不可避免的出现结冰和积雪现象，其具体表现为隧道二次衬砌洞顶悬吊冰柱、边墙挂冰溜等病害，如果这些病害不及时解决，二次衬砌背后的水排不出，围岩的冻融循环会加速隧道二次衬砌的破坏，对隧道混凝土带来众多的结构破坏，严重影响列车的安全运营和建筑物的正常使用。因此，采用合理的保温防冻系统对寒区隧道减少行车隐患、避免发生交通事故至关重要。目前，国内有许多隧道保温防冻的方案，例如国内通常采用的防寒门法和供热法，日本的红外线加热装置、美国的热气幕隔离装置等。其中，供热法能量消耗太大而不宜使用；防寒门法由于干扰行车，使用较少；红外线加热、热气幕隔离装置方法虽然效果好，但工期长、投资大、安装复杂，不符合我国国情。因此，需要一种耗能低、施工方便、融冰快且效果持久的新型结构来满足生产要求。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本技术的目的在于，提供一种结构紧凑、安装方便、高效融冰、能耗低、投资小并且可以实现间接加热-储热-融冰控制的隧道相变材料保温防冻结构。为了实现上述任务，本技术采用以下技术方案:一种寒区隧道定型相变材料保温防冻结构，包括设置在隧道二衬表面的防水层，防水层上设置有保温板，在防水层与保温板之间设置有相变材料储能层，相变材料储能层可释放热量通过防水层释放到隧道二衬中。进一步地，所述的相变材料储能层包括相变材料层，在相变材料层中盘绕设置有加热元件；相变材料储能层封装在一个外壳中。进一步地，所述的加热元件通过导线构成回路并且在回路上串接有电源，在回路上还设置有温度开关，温度开关可根据当前温度控制回路电流的通断。进一步地，所述的温度开关包括控制器和连接在控制器上的温度传感器、继电器，当相变材料层温度达到临界温度T。时，控制器通过继电器导通回路，加热元件开始加热；当相变材料层温度达到临界温度T1时控制器通过继电器断开回路。进一步地，所述的保温板表面设置有防火板。本技术具有以下技术特点:定型相变材料能够有效的储存热量并使热量均匀传递，然后通过防水层传递到隧道二衬表面，该过程耗能低、安全可靠、使用寿命长切保温防冻效果极佳。首先，本实专利技术的一种寒区隧道定型相变材料保温防冻结构以定型相变材料和铁基合金加热元件为媒介，相变材料能够有效储存并分散热量，使防冰融冰均匀，避免加热元件长时间工作，降低运行费用。其次，铁基合金的电阻率极高，能将高达99%以上的电能转化为热能，且其硬度高，抗振动和抗冲击性能良好，抗氧化性良好，且价格便宜，为相变材料板的长时间工作提供了保障。再次，加热元件与温度开关相连接，当相变材料处于储热融冰状态时，加热电路处于休眠模式，当相变材料低于临界温度T。时，铁基合金加热元件处于加热模式，其热量直接传递到高分子相变材料中实现相变储热，当临界温度到达T1时停止加热，这种间歇加热-储热-融冰模式，使该复合板结构紧凑、高效融冰。【附图说明】图1为本技术的整体结构示意图；图2为定型相变材料储能层的结构不意图；图中标号代表:10—隧道二衬，11—防水层，12—相变材料储能层，13—保温板，14 一防火板，15 —电源，121 —相变材料层，122—导线，123—外壳，124—加热元件，131—扁钢，132—膨胀螺栓，141 一自攻螺钉，151—温度开关。【具体实施方式】本技术提出一种结构，能在隧道二衬温度过低时释放热量以防止冰冻，释放热量的同时可部分存储起来，以保持长时间的保温效果。如图1所示，一种寒区隧道定型相变材料保温防冻结构，包括设置在隧道二衬10表面的防水层11，防水层11上设置有保温板13，在防水层11与保温板13之间设置有相变材料储能层12，相变材料储能层12可释放热量通过防水层11释放到隧道二衬10中。本方案中设置的防水层11为具有粘接性的导热性良好的防水卷材，直接与隧道二衬10和相变材料储能层12紧密粘接，其本身具有的粘接性和良好的导热性避免使用额外的粘接材料，减少结构的厚度，提高传热效率。具体地，本方案中的相变材料储能层12包括相变材料层121，在相变材料层121中盘绕设置有加热元件124 ;相变材料储能层12封装在一个外壳123中。上述的相变材料层121是一种固-液形状稳定聚合物相变材料，由相变材料和支撑材料组成，其中相变材料为石蜡，或石蜡类物质，支撑材料为HDPE (高压聚乙烯)、PS (聚苯乙烯树枝)、PP(聚丙烯)等一系列高分子材料中的一种或几种。由于HDEP等高分子材料具有三维网状结构，通过与相变材料熔融共混可将相变材料包覆起来形成复合等高分子材料，因此石蜡熔融时，聚乙烯等高分子材料能起到支撑和封装的作用，使材料在相变前后保持外形上的固体状态，无需严密封装，在简单封装下不会发生渗漏，且其造价低，质量轻。相变材料储能层12封装在一个外壳123中，防止在加热过程中相变材料层121熔融流动使相变材料层121变形而影响使用效果；这里的外壳123要求具有良好的导热性和绝缘性。如图2所示，为相变材料储能层12的内部结构示意图。加热元件124通过导线122构成回路并且在回路上串接有电源15，在回路上还设置有温度开关151，温度开关151可根据当前温度控制回路电流的通断。上述的加热元件124可采用铁基合金，按照图示中的例子，加热元件124盘绕均匀分布在相变材料层121中，并且通过线卡固定；回路上的温度开关151主要用来控制回路的通断，控制的依据为当前的温度值。该铁基合金加热元件124具有高的电阻率和硬度，抗振动和抗冲击性能良好，抗氧化性良好，且价格便宜。保温板13为酚醛泡沫保温板13，能够减少热量背向融冰方向散失，提高融冰效果O更具体地，温度开关151包括控制器和连接在控制器上的温度传感器、继电器；将回路上的导线122断开，将继电器的固定触点、活动触点分别连接断开的导线122 ;当相变材料层121温度达到临界温度T。时，控制器通过继电器导通回路，加热元件124开始加热；当相变材料层121温度达到临界温度T1时控制器通过继电器断开回路。加热的同时，热量传递到相变材料层121中实现了相变储热。保温板13表面设置有防火板14，防火板14为玻璃纤维增强硅酸盖板，并用自攻螺钉141与保温板13连接。本方案的防冻结构施工过程参考如下:1.将防水卷材(防水层11)布置在隧道二衬10表面；2.将加热元件124布置在相变材料层121中，并用线卡固定；3.将加热元件124与温度开关151串接，然后与电源15连接，将温度传感器置于相变材料层121中；4.用外壳123将相变材料层121封装，组成相变材料储能层12 ;5.在相变材料储能层12上布置保温板13，在保温板13上四周布置45mmX 4mm扁钢131，再用膨胀螺栓132依次穿过扁钢131和保温板13固定保温板13 ;6.在保温板13表面布置防火板14，并用自攻螺钉141依次穿过防火板14和扁钢131固定防火板14，同时在防火板14上遇到膨胀螺栓132头的地方开孔使防火板14紧贴扁钢131，进而完成施工操作。本技术的工作原理为:当环境温度在在0°C以下时，储存在定型相变材料中的大量的热量透本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种寒区隧道定型相变材料保温防冻结构，其特征在于，包括设置在隧道二衬(10)表面的防水层(11)，防水层(11)上设置有保温板(13)，在防水层(11)与保温板(13)之间设置有相变材料储能层(12)，相变材料储能层(12)可释放热量通过防水层(11)释放到隧道二衬(10)中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赖金星，牛方园，樊浩博，邱军领，王开运，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61