Устройство для охлаждения пластично-мерзлых грунтов

Изобретение относится к области строительства, а именно к устройствам для охлаждения и замораживания грунта, используемым при строительстве инженерных сооружений, возводимых в районах вечной мерзлоты. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы устройства за счет стимуляции работы устройства при положительных температурах воздуха. Технический результат достигается тем, что устройство для охлаждения пластично-мерзлых грунтов включает заполненный двухфазным хладагентом корпус и конденсаторную часть, при этом кожух через монтажное отверстие, которое выполнено в его в нижней части, установлен на конденсаторную часть и закреплен при помощи замка, при этом в нижней части кожуха выпилены выходные отверстия, в боковой поверхности верхней части кожуха выполнено монтажное отверстие, в которое установлен входной патрубок кожуха и закреплен при помощи замка, вихревая труба с возможностью съема соединена с входным патрубком кожуха, а компрессор через гибкий шланг соединен с возможностью съема с заверителем. 1 ил.

 

Изобретение относится к области строительства, а именно к устройствам для охлаждения и замораживания грунта, используемым при строительстве инженерных сооружений, возводимых в районах вечной мерзлоты. Устройство позволяет осуществлять аккумуляцию холода в грунте вне зависимости от температуры атмосферного воздуха за счет применения вихревого эффекта энергоразделения воздуха и создания градиента температур между грунтом и наружным воздухом, являющегося обязательным условием работы устройства.

Известно устройство для аккумуляции холода в грунте (Патент № 2145989 РФ, опубл. 27.02.2000 г.), представляющее собой частично заглубленный в грунт и заполненный двухфазным хладагентом корпус, подземная часть которого является испарителем, а надземная - конденсатором, снабженным элементами термического воздействия в виде, выполненными в виде термоэлектрического модуля, образующих вместе последовательную батарею элементов Пельтье.

Недостатками данного устройства является то, что для создания требуемого температурного эффекта требуется использование элементов Пельтье больших размеров с радиатором соответствующих размеров, что приводит к увеличению общего веса и, как следствие, напряжений в конструкции.

Известно устройство для температурной термостабилизации многолетнемерзлых грунтов (Патент № 2556591 РФ, опубл. 10.07.2015 г.), характеризующееся тем, что содержит термостабилизатор на основе двухфазного термосифона, включающего надземную конденсаторную часть и подземные транспортную и испарительные части, размещенные в гильзе с хладагентом, представляющей собой полый цилиндрический корпус с дном и герметизирующим элементом на верхнем конце с отверстием для установки термостабилизатора, при этом герметизирующий элемент представляет собой разъемное сальниковое уплотнение, которое состоит из опорного кольца, установленного на выполненную в гильзе круговую ступеньку, нажимного кольца и уплотнительных колец из терморасширенного графита, зажатых между ними.

Недостатком данного устройства является большое количество уплотнительных элементов, что усложняет конструкцию устройства и уменьшает его общую надежность.

Известно устройство для аккумуляции холода, включающее трубу (Патент РФ № 77617 опубликовано: 27.10.2008 г.), заполненную хладагентом и состоящую из испарителя, конденсатора, состоящего из двух конденсаторных зон, компрессорно-конденсаторный агрегат, соединенный нагнетательным и отводящим трубопроводами с трубопроводом, выполняющим роль испарителя, выполненным в виде трубки эллипсного сечения, плотно навитой на конденсатор, отличающееся тем, что труба выполнена в виде термосваи и помещена в предварительно размещенную в грунте стальную трубу, в испарительной зоне которой расположен испаритель, заполненный хладагентом, который через промежуточную трубу соединен с воронкой, выполненной с трапециевидными отверстиями с размерами и бортиком, причем бортик направлен в сторону движения пара для сбора испаряющихся паров и поступления их в зоны конденсации, зона между стальной трубой и термосваей в испарительной зоне на глубине грунта заполнена незамерзающей жидкостью для увеличения теплопроводности термосваи.

Недостатком данного устройства является низкая устойчивость опор, установленных в замороженном грунте, что приводит к низкой несущей способности конструкции в целом.

Известно устройство для стабилизации оснований сооружений на мерзлых грунтах (Патент RU № 181403, опубл. 12.07.2018 г.), состоящее из конденсатора и размещенных в отсыпке грунта основания произвольного числа испарителей, связанных с конденсатором трубопроводами подачи и отвода теплоносителя, отличающееся тем, что подземные участки трубопроводов подачи и отвода теплоносителя выполнены наклонными, при этом наклонный участок трубопроводов подачи теплоносителя в испаритель расположен ниже уровня испарителя, а уровень трубопроводов отвода теплоносителя выше уровня испарителя.

Недостатками данного устройства является наличие подземных трубопроводов, что увеличивает вероятность отказа устройства ввиду механического или коррозионного воздействия на трубопроводы.

Известно устройство для аккумуляции холода в грунте (Патент РФ № 108051, опубл. 10.09.2011 г.), представляющее собой частично заглубленный в грунт и заполненный двухфазным хладагентом корпус, подземная часть которого является испарителем, а надземная - конденсатором, разделенным на две зоны, из которых в одной конденсация хладагента происходит при температурах наружного воздуха ниже 0°С в результате теплообмена с окружающей средой, а в другой при температурах наружного воздуха выше 0°С посредством принудительной циркуляции дополнительного хладагента с помощью компрессорно-конденсаторного агрегата, соединенного нагнетательным и отводящим трубопроводами с трубопроводом, выполняющим роль испарителя, выполненным в виде трубки эллипсного сечения, плотно навитой на конденсатор.

Недостатком данного решения компрессорно-конденсаторный агрегат, создающий избыточное давление в системе, что увеличивает нагрузку на стенки и снижает ее надежность.

Известно устройство для аккумуляции холода в грунте (Патент США № 3217791, опубл. 16.11.1965 г.), принятое за прототип, представляющее собой частично заглубленный в грунт и заполненный двухфазным хладагентом корпус, подземная часть которого является испарителем, а надземная - конденсатором.

Недостаток данного устройства заключается в том, его конструкция не обеспечивает циркуляцию хладагента при положительных температурах воздуха.

Техническим результатом является повышение эффективности процесса охлаждения пластично-мёрзлых грунтов путём расширения периода работоспособности охлаждающих устройств.

Технический результат достигается тем, что кожух через монтажное отверстие, которое выполнено в его в нижней части, установлен на конденсаторную часть и закреплен при помощи замка, при этом в нижней части кожуха выпилены выходные отверстия, в боковой поверхности верхней часть кожуха выполнено монтажное отверстие, в которое установлен входной патрубок кожуха и закреплен при помощи замка, вихревая труба с возможностью съема соединена с входным патрубком кожуха, а компрессор через гибкий шланг соединен с возможностью съема с заверителем.

Устройство поясняется следующей фигурой:

фиг. 1 - общая схема устройства, где:

1 - корпус;

2 - конденсаторная часть;

3 - испарительная часть;

4 - входной патрубок кожуха;

5 - монтажное отверстие кожуха;

6 - выходные отверстия кожуха;

7 - кожух;

8 - вихревая труба;

9 - компрессор;

10 - гибкий шланг.

Устройство для охлаждения пластично-мерзлых грунтов содержит корпус 1 (фиг. 1), выполненный в форме цилиндра, изготовленный из материала с низкой теплопроводностью, высокой коррозионной стойкостью и высокой прочностью, например, из нержавеющей стали или композитных материалов. Внутрь корпуса 1 помещают двухфазный хладагент. В верхней части корпуса 1 закреплена конденсаторная часть 2, которая выполнена в форме ребер установленных на равном расстоянии друг от друга. Кожух 7 через монтажное отверстие 5, которое выполнено его в нижней части, устанавливается на конденсаторную часть 2 и закрепляется при помощи замка (на фигуре не показано). В боковой поверхности верхней часть кожуха 7 выполнено монтажное отверстие 5 для установки входного патрубка кожуха 4, который закрепляется при помощи замка (на фигуре не показано). Выходные отверстия 6 выпилены в нижней части кожуха 7. Вихревая труба 8 с возможностью съема соединена с входным патрубком кожуха 4. Компрессор 9 соединен с возможностью съем с заверителем через гибкий шланг 10.

Устройство работает следующим образом. Надземная часть корпуса 1 является конденсатором 2. Испарительная часть 3 частично заглубленная в грунт и заполненный двухфазным хладагентом, является подземной. Компрессор 9 нагнетает воздух внутрь вихревой трубы 8, в которой происходит его энергоразделение на «горячий» и «холодный» потоки посредством возникновения вихревого эффекта. Поток нагретого воздуха сбрасывается из вихревой трубы 8 в окружающую среду через её «горячий» конец, а с «холодного» конца поток охлажденного воздуха через входной патрубок кожуха 4 закачивается в кожух 7. Поток холодного воздуха, поступающий в кожух 7, охлаждает конденсаторную часть 2 посредством принудительной циркуляции и также истекает в окружающую среду через выходные отверстия 6 кожуха 7. В результате возникновения отрицательной температуры воздуха внутри кожуха 7 двухфазный хладагент в корпусе конденсируется, в результате чего под действием гравитационных сил стекает в испарительную часть 3 устройства, где возникает градиент температур от более нагретого грунта к хладагенту. Происходит теплообмен грунта с хладагентом, и температура грунта понижается. Хладагент при этом начинает испаряться и подниматься в конденсаторную часть 2, далее процесс повторяется.

В периоды, когда температура окружающей среды ниже, необходимость в принудительной интенсификации охлаждения конденсаторной части устройства отпадает. В таком случае воздушный компрессор 9 и вихревая труба 8 не используются, кожух 7 демонтируется, и конденсаторная часть 2 охлаждается путём естественного теплообмена с окружающей средой. Это даёт возможность круглогодичного использования устройства.

Устройство для охлаждения пластично-мерзлых грунтов, включающее заполненный двухфазным хладагентом корпус и конденсаторную часть, отличающееся тем, что кожух через монтажное отверстие, которое выполнено в его в нижней части, установлен на конденсаторную часть и закреплен при помощи замка, при этом в нижней части кожуха выпилены выходные отверстия, в боковой поверхности верхней части кожуха выполнено монтажное отверстие, в которое установлен входной патрубок кожуха и закреплен при помощи замка, вихревая труба с возможностью съема соединена с входным патрубком кожуха, а компрессор через гибкий шланг соединен с возможностью съема с заверителем.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области строительства, а именно к устройствам для термостабилизации посредством замораживания грунта с использованием холодильных машин. Cпособ термостабилизации многолетнемерзлых грунтов включает экранирование грунта от солнечной радиации и атмосферных осадков путем установки над поверхностью термостабилизируемого участка грунта на высоте не менее локальной глубины снежного покрова преобразователей энергии солнечного излучения (ПЭСИ.

Изобретение относится к области эксплуатации постоянных мостов на вечномерзлых грунтах и может быть применено к постоянным эксплуатируемым мостам со свайными фундаментами, вечномерзлые основания которых используются по принципу I. Способ принудительного понижения температуры вечномерзлого грунта в основаниях свайных фундаментов опор эксплуатируемого моста осуществляют холодным атмосферным воздухом.

Изобретение относится к устройствам для теплообмена, в частности к двухфазным термосифонам, в области строительства в условиях криолитозоны для температурной стабилизации грунтовых оснований сооружений нефтегазового комплекса. Техническим результатом является создание конденсатора охлаждающего термосифона для термостабилизации грунтов в криолитозоне с целью увеличения его мощности и снижения удельной металлоемкости изделия, тем самым обеспечивая высокую энергоэффективность процесса конденсации и, в целом, экономичность процесса активной термостабилизации грунтов.

Изобретение относится к строительству зданий на многолетнемерзлых грунтах с искусственным охлаждением грунтов основания здания с помощью теплового насоса и одновременным обогревом здания с помощью теплового насоса и дополнительного источника тепла. Поверхностный фундамент здания, обеспечивающий сохранение грунтов основания в мерзлом состоянии с одновременным обогревом здания, состоит из совокупности фундаментных модулей полной заводской готовности, которые подключаются к тепловому насосу параллельно с помощью теплоизолированных коллекторов греющего и охлаждающего контуров теплового насоса.

Изобретение относится к области строительства, а именно к устройствам для автоматического управления процессом охлаждения и замораживания грунта, используемым при эксплуатации фундаментных свай сооружений с металлическими обсадными трубами, возведенных в районах распространения многолетнемерзлых грунтов.

Изобретение относится к области силовых установок, имеющих электрические элементы, в частности к устройствам регулируемой температурной стабилизации, охлаждения и замораживания грунта. Криогенный генератор с электромагнитной активацией содержит насос, конденсатор, испаритель, регулирующий вентиль.

Изобретение относится к области строительства, а именно к возведению производственных или жилых комплексов на вечной мерзлоте. Техническим результатом является обеспечение стабильной низкой температуры мерзлоты в грунтах оснований строительного комплекса при наличии насыпного планировочного слоя грунта.

Изобретение относится к области строительства в районах со сложными инженерно-геокриологическими условиями, а именно к термостабилизации многолетнемёрзлых и слабых грунтов. Техническим результатом является повышение технологичности процесса монтажа длинномерных термостабилизаторов, уменьшение времени установки, увеличение надёжности конструкции.

Изобретение относится к устройствам для теплообмена, в частности к двухфазным термосифонам, в области строительства в условиях криолитозоны для температурной стабилизации грунтовых оснований сооружений. Техническим результатом является создание охлаждающего термосифона для площадочной термостабилизации грунтов с целью увеличения удельного выхода отводимого тепла из грунта.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении дорожных насыпей при строительстве транспортных сооружений на вечномерзлых грунтах в период с положительными значениями температуры воздуха. Техническим результатом данного изобретения является обеспечение температурной стабилизации насыпи железной дороги на вечномёрзлых грунтах при строительстве транспортных сооружений в период с положительными значениями температуры воздуха.

Изобретение относится к способам круглогодичной температурной стабилизации грунта и может быть использовано при строительстве и эксплуатации различных объектов в районах вечной мерзлоты, удалённых от централизованного электроснабжения и не имеющих собственных надёжных и экономичных источников генерации. Техническим результатом способа является повышение надёжности и степени автономности процессов круглогодичного охлаждения грунта. Технический результат достигается тем, что способ комбинированной круглогодичной температурной стабилизации грунта включает активное охлаждение грунта с помощью холодильной машины и пассивное охлаждение грунта с помощью термостабилизаторов с естественной циркуляцией хладагента в холодное время года, при этом в холодное время года осуществляют отвод нагретого теплоносителя от сезоннодействующего охлаждающего устройства к теплоизолированному контейнеру, в который помещают блок аккумуляторов и резервный источник, служащие для выработки электроэнергии, которая поступает на преобразовательный блок, преобразовательный блок для передачи электроэнергии на холодильную машину, блок управления для приёма сигнала о повышении температуры грунта, активации передачи электроэнергии к холодильной машине и блоку аккумуляторов, и циркуляционный насос, при этом подзарядку блока аккумуляторов проводят за счёт возобновляемых источников энергии и резервного источника. 3 ил.
Наверх