Установка для охлаждения грунта и комплект изделий для сооружения такой установки Российский патент 2018 года по МПК E02D3/115 F28D15/02 

Изобретения относятся к теплотехнике, более конкретно к средствам для охлаждения грунта, более конкретно к установкам, работающим по принципу гравитационных тепловых труб и парожидкостных термосифонов, предназначенным преимущественно для охлаждения и замораживания грунта под сооружениями, строящимися в зоне вечной мерзлоты, а именно к конструкции установки указанного назначения и комплекту изделий для ее сооружения, т.е. образуют группу изобретений, одно из которых предназначено для получения другого.

Известно устройство для охлаждения грунта в виде гравитационной тепловой трубы, содержащей герметичный заправленный жидким теплоносителем корпус с зоной испарения, зоной конденсации и транспортной зоной между ними, причем зона испарения и зона конденсации расположены под углом друг к другу. Данное устройство изображено и описано в патенте РФ на промышленный образец №55511 (опубл. 16.10.2004 [1]).

В таком устройстве зона испарения не может быть отделена от зоны конденсации, и поэтому эти части устройства (первая из которых является подземной, а вторая - надземной) не могут быть смонтированы на объекте отдельно друг от друга. По этой причине сразу после размещения в грунте испарителя такого охлаждающего устройства его конденсатор оказывается возвышающимся над поверхностью грунта на 2 - 3 метра и мешает дальнейшим строительно-монтажным работам. В еще большей степени этот недостаток проявляется, когда необходимо обеспечить площадное охлаждение, например, под основанием сооружения, используя установку, содержащую большое количество таких устройств. Частями такой установки являются независимо друг от друга изготавливаемые и устанавливаемые на месте предстоящей эксплуатации устройства описанной конструкции.

В патенте РФ на полезную модель №33955 (опубл. 20.11.2003 [2]) описано осуществление термостабилизации грунта, выполняемое с помощью установки, содержащей совокупность гравитационных тепловых труб, аналогичных известным из патента [1]. Испаритель каждой из них имеет заполненный теплоносителем патрубок, который расположен в теле охлаждаемого основания с наклоном по отношению к горизонту и соединен отдельным транспортным трубопроводом со своим конденсатором, расположенным над поверхностью грунта. На практике испарители располагают в грунте равномерно на расстоянии порядка одного метра друг от друга. Конденсаторы, располагаемые над поверхностью грунта, при наличии возможности также целесообразно размещать равномерно. Однако из-за наличия подъездных дорог, установленного возле здания оборудования и по другим аналогичным причинам конденсаторы приходится размещать в свободных зонах, удаленных от испарителей. В этом случае удлиняются транспортные зоны гравитационных тепловых труб, возрастают их цена и стоимость работ по укладке в грунт. Аналогичные трудности могут иметь место и при использовании имеющих сходную конструкцию установок по патенту США №3217791 (опубл. 30.07.1964 [3]) и авторскому свидетельству СССР №872640 (опубл. 15.10.1981 [4]).

Как и при использовании установки в виде совокупности устройств по патенту [1], подземная и надземная части установки для охлаждения грунта по документам [2-4] не могут быть отделены друг от друга, и, следовательно, конденсаторы могут оказаться помехой при дальнейшем строительстве в зоне подлежащего охлаждению основания сооружения.

Как и в случае, относящемся к использованию установки в виде совокупности устройств по патенту [1], частями установки по документам [2-4] являются независимо друг от друга изготавливаемые и устанавливаемые на месте предстоящей эксплуатации устройства описанной в данном патенте конструкции. Поэтому комплектом изделий для сооружения данной установки является совокупность идентичных изделий, каждое из которых представляет самостоятельное средство для охлаждения и замораживания грунта, аналогичное устройству по патенту [1] и имеющее патрубок зоны испарения, оребренную трубу зоны конденсации и трубопровод транспортной зоны.

Установка по патенту [2] и совокупность образующих ее частей, являющихся упомянутыми идентичными изделиями, являются техническими решениями, наиболее близкими, соответственно к первому и второму предлагаемым изобретениям.

Предлагаемые изобретения направлены на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции установки в целом, позволяющем уменьшить количество выходящих на поверхность трубопроводов, соединяющих зону испарения с зоной конденсации, без снижения эффективности работы этих зон. Изобретения направлены также на обеспечение удобного транспортирования установки после изготовления и на упрощение работ по ее размещению на месте предстоящей эксплуатации с возможностью разнесения во времени монтажа подземной и надземной частей и завершения его после окончания других работ в окрестности зоны, подлежащей охлаждению.

Ниже при раскрытии конструкции заявляемой установки и комплекта изделий для ее сооружения, а также при описании работы установки могут быть названы и другие виды достигаемого технического результата.

Предлагаемая установка для охлаждения грунта, как и наиболее близкая к ней известная установка [2], заправлена жидким теплоносителем и имеет зону испарения и зону конденсации, соединенные через транспортную зону. Она содержит в зоне конденсации несколько ориентированных вертикально оребренных труб, а в зоне испарения - несколько патрубков, имеющих отличное от горизонтального расположение и заглушенные нижние концы.

Для достижения названного выше технического результата в предлагаемой установке, в отличие от наиболее близкой к ней известной установки, транспортная зона образована последовательно соединенными верхним трубопроводом, запорным вентилем, находящимся в открытом состоянии, и нижним трубопроводом. В зоне конденсации дополнительно расположены имеющие заглушенные концы верхняя и нижняя горизонтальные трубы, с которыми указанные вертикальные оребренные трубы соединены соответственно своими верхними и нижними концами. Верхняя горизонтальная труба снабжена штуцером для стравливания воздуха. Все указанные вертикальные оребренные трубы и горизонтальные трубы образуют моноблочный конденсатор. Нижняя горизонтальная труба последнего соединена с возможностью разъединения с верхним концом указанного верхнего трубопровода транспортной зоны, соединение которого с указанным запорным вентилем тоже является разъемным. Зона испарения дополнительно содержит выполненный в виде трубы коллектор, к которому в разных местах по его длине присоединены незаглушенными концами указанные несколько патрубков. Конец нижнего трубопровода транспортной зоны, противоположный его концу, соединенному с запорным вентилем, либо соединен с одним из концов коллектора, и при этом противоположный конец коллектора заглушен, либо соединен с коллектором в месте, расположенном между его концами, и при этом оба конца коллектора заглушены. Нижний трубопровод транспортной зоны и патрубки зоны испарения изготовлены из легко деформируемого материала. Коллектор размещен горизонтально или с наклоном в сторону указанных единственного или обоих заглушенных концов. Присоединенные к коллектору патрубки зоны испарения и сам коллектор заполнены жидким теплоносителем таким образом, что просвет коллектора по всей его длине занят теплоносителем, по меньшей мере, частично. При этом жидкий теплоноситель выбран из числа веществ, плотность пара которых выше плотности воздуха.

При описанном выполнении установки все элементы зоны испарения соединены с моноблочным конденсатором общей для всех них частью конструкции системы, являющейся единой транспортной зоной, а именно указанными верхним и нижним патрубками, соединенными через запорный вентиль. Наличие коллектора и единой транспортной зоны, вне зависимости от количества испарительных патрубков и оребренных труб моноблочного конденсатора (причем количество вторых не обязательно должно совпадать с количеством первых), наряду с упрощением конструкции установки облегчает решение задачи ее размещения в зоне предстоящей эксплуатации в ходе проводимых в этой зоне строительных работ.

Разъемный характер соединения частей установки и выполнение коллектора и патрубков зоны испарения из легко деформируемого материала, благодаря чему эта зона может быть компактно сложена, обеспечивают удобство транспортирования установки от места ее изготовления до места размещения и предстоящей эксплуатации. Вместе с тем это позволяет разнести во времени монтаж на месте эксплуатации подземной и надземной частей установки и обеспечить согласование этих операций с ходом других строительных работ.

При этом заправка теплоносителем "нижней" части установки, включающей элементы зоны испарения и нижний трубопровод транспортной зоны, заканчивающийся присоединенным к нему запорным вентилем, может быть выполнена в производственных условиях на предприятии-изготовителе с приведением запорного вентиля по окончании заправки в закрытое состояние. Наличие такой возможности освобождает от необходимости осуществлять заправку в ненадлежащих условиях непосредственно при размещении установки на месте ее предстоящей эксплуатации. После размещения частей установки, их соединения и открывания запорного вентиля испаряющийся теплоноситель, будучи тяжелее воздуха, вытесняет его в верхнюю часть установки, откуда он может быть стравлен через предназначенный для этого штуцер, находящийся на верхней горизонтальной трубе моноблочного конденсатора.

Таким образом, все описанные особенности предлагаемой установки в совокупности и лишь при совместной их реализации обеспечивают достижение охарактеризованного выше технического результата.

В частном случае соединение нижней горизонтальной трубы моноблочного конденсатора с верхним концом верхнего трубопровода транспортной зоны может быть осуществлено через дополнительный запорный вентиль, находящийся в открытом состоянии. Такое дополнение может потребоваться, если соотношение конкретных размеров трубопроводов транспортной зоны, оребренных труб моноблочного конденсатора и коллектора с патрубками зоны испарения таково, что объема теплоносителя, которым заправлена "нижняя" часть установки, недостаточно для того, чтобы было осуществлено описанное выше заполнение теплоносителем патрубков и коллектора зоны испарения и при этом была заполнена парами теплоносителя "верхняя" часть установки. В этом случае необходимое дополнительное расчетное количество теплоносителя может быть "запасено" в трубах моноблочного конденсатора, а при вводе установки в эксплуатацию должны быть открыты оба запорных вентиля. Наличие дополнительного запорного вентиля позволяет реализовать и другой вариант введения в действие предлагаемой установки (при ином соотношении упомянутых выше размеров), в котором первоначально (после изготовления установки) достаточное для работы установки количество жидкого теплоносителя находится только в трубах моноблочного конденсатора. В этом случае для запуска установки тоже нужно открыть оба запорных вентиля.

Предлагаемая установка для охлаждения грунта может быть снабжена опирающейся на грунт или частично заглубленной в него поддерживающей конструкцией, к которой прикреплена своими концами, по меньшей мере, верхняя горизонтальная труба моноблочного конденсатора. Дополнение установки такой конструкцией может потребоваться в частном случае, когда при конкретных конструктивных параметрах расположенной над поверхностью грунта части установки и материале, из которого изготовлен нижний трубопровод транспортной зоны, не могут быть обеспечены достаточные устойчивость и жесткость установки.

Предлагаемый комплект изделий для сооружения установки для охлаждения грунта представляет собой совокупность частей этой установки, в виде которых она должна быть изготовлена для обеспечения возможности достижения указанного выше технического результата как при транспортировании, так и при сборке установки на месте будущей эксплуатации, так и при запуске ее в работу. Поэтому указанный выше технический результат относится и к предлагаемому комплекту изделий. Вместе с тем, возможность достижения такого технического результата обусловлена не только особенностями самой рассмотренной выше конструкции установки, но и особенностями изделий предлагаемого комплекта, которые таковы, что установка в целом не является результатом простого механического объединения этих изделий, и им присущи некоторые признаки, не присущие установке как таковой, но позволяющие реализовать ее особенности.

Как и в рассмотренном выше наиболее близком известном техническом решении по патенту [2], предлагаемый комплект изделий содержит первое изделие, в состав которого входят оребренные трубы конденсаторной зоны, второе изделие, относящееся к транспортной зоне, и третье изделие, в состав которого входят патрубки испарительной зоны установки для охлаждения грунта.

В отличие от наиболее близкого известного комплекта изделий, для достижения названного выше технического результата в предлагаемом комплекте изделий для сооружения установки для охлаждения грунта указанным первым изделием является моноблочный конденсатор указанной установки, в котором оребренные трубы конденсаторной зоны расположены параллельно друг другу и присоединены своими одними концами к первой трубе, а другими концами - ко второй трубе, параллельной первой, концы обеих названных труб заглушены. При этом одна из них снабжена штуцером для стравливания воздуха, а другая имеет - элементом, предназначенным для разъемного соединения со вторым указанным изделием. Указанным вторым изделием является верхний трубопровод транспортной зоны указанной установки, выполненный с возможностью разъемного соединения с первым и вторым указанными изделиями. Указанным третьим изделием является выполненный в виде трубы коллектор, к которому в разных местах по его длине присоединены незаглушенными концами несколько патрубков зоны испарения. Кроме того, к коллектору одним из своих концов присоединен трубопровод, являющийся нижним трубопроводом транспортной зоны указанной установки и заканчивающийся установленным на противоположном его конце запорным вентилем, предназначенным для разъемного соединения со вторым указанным изделием. Соединение нижнего трубопровода транспортной зоны с коллектором осуществлено либо с одним из концов последнего, и при этом противоположный конец коллектора заглушен, либо в месте, расположенном между его концами, и при этом оба конца коллектора заглушены. Указанные патрубки и трубопровод третьего изделия изготовлены из легко деформируемого материала. При этом внутренний объем указанного третьего изделия заполнен жидким теплоносителем, выбранным из числа веществ, плотность пара которых выше плотности воздуха, а указанный запорный вентиль находится в закрытом положении. Кроме того, указанные патрубки и трубопровод третьего изделия изогнуты и свернуты в бухты вокруг трубы коллектора, либо указанный трубопровод третьего изделия изогнут и уложен вдоль трубы коллектора рядом с нею, а указанные патрубки изогнуты и свернуты в бухты вокруг трубы коллектора и уложенного рядом с нею указанного трубопровода.

При таком выполнении предлагаемого комплекта благодаря наличию в нем трех не соединенных друг с другом изделий, а также благодаря тому, что наиболее громоздкое из них третье изделие в результате указанных укладывания и свертывания нижнего трубопровода транспортной зоны и патрубков зоны испарения становится более компактным (что, в свою очередь, достигается благодаря выполнению патрубков зоны испарения и нижнего трубопровода транспортной зоны из легко деформируемого материала), обеспечивается удобство транспортирования установки к месту ее будущей эксплуатации. Вместе с тем возможна несложная сборка этих изделий в единую конструкцию, причем с разнесением во времени размещения частей установки в месте, выбранном для ее будущей эксплуатации, и присоединением "верхней" части (первого и второго изделий комплекта) к нижней части (третьему изделию комплекта) тогда, когда это будет удобно с учетом общего хода строительных работ в месте размещения установки. Обеспечивается также описанная выше возможность запуска установки в работу с использованием запорного вентиля и штуцера для стравливания воздуха. При этом отсутствует необходимость осуществлять заправку теплоносителем в ненадлежащих условиях реальной эксплуатации, поскольку заправка уже выполнена в условиях промышленного производства.

Первое изделие, которым является моноблочный конденсатор, может содержать дополнительный запорный вентиль, присоединенный к соединительному элементу, которым снабжена в своей средней части одна из труб моноблочного конденсатора. При этом внутренний объем первого изделия содержит жидкий теплоноситель, идентичный жидкому теплоносителю, которым заполнен внутренний объем третьего изделия, а указанный дополнительный вентиль находится в закрытом состоянии. Такое дополнение может потребоваться, если соотношение конкретных размеров изделий таково, что объема теплоносителя, находящегося в первом изделии, недостаточно для того, чтобы было осуществлено описанное выше при рассмотрении предлагаемой установки в целом заполнение теплоносителем патрубков и коллектора зоны испарения, принадлежащих третьему изделию, и вместе с этим был заполнен парами теплоносителя внутренний объем второго и первого изделий. В этом случае необходимое дополнительное расчетное количество теплоносителя может быть "запасено" во внутреннем объеме первого изделия, а при запуске установки в работу должны быть открыты оба запорных вентиля.

В частном случае предлагаемый комплект изделий для сооружения установки для охлаждения грунта может дополнительно содержать четвертое изделие, которым является поддерживающая конструкция, предназначенная для опоры на грунт или заглубления в нем и прикрепления к ней обеих труб, перпендикулярных оребренным трубам моноблочного конденсатора, являющегося первым изделием, или только той из этих труб, которая снабжена штуцером для стравливания воздуха. Дополнение установки такой конструкцией может потребоваться, если при конкретных конструктивных параметрах располагаемых над поверхностью грунта части сооружаемой установки и материале, использованном для изготовления нижнего трубопровода транспортной зоны первого изделия, не могут быть обеспечены достаточные жесткость и устойчивость установки.

Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами, на которых показаны:

- на фиг. 1 - предлагаемая установка в сборе после размещения ее зоны испарения в грунте, а зоны конденсации - над поверхностью грунта;

- на фиг. 2 - фиг. 4 - частные случаи выполнения зоны испарения, отличные от представленного на фиг. 1;

- на фиг. 5А, Б и В - изделия предлагаемого комплекта, являющиеся частями установки по фиг. 1, подготовленной к транспортированию.

Показанная на фиг. 1 установка для охлаждения грунта содержит зону конденсации, образованную несколькими конденсаторами в виде оребренных труб 1, размещенными вертикально над поверхностью 2 грунта 3. Верхние и нижние концы оребренных труб 1 соединены соответственно с верхней 4 и нижней 5 горизонтальными трубами. Все вертикальные оребренные трубы 1 и горизонтальные трубы 4, 5 в совокупности образуют моноблочный конденсатор 6. Верхняя горизонтальная труба 4 моноблочного конденсатора 6 снабжена штуцером 7 для стравливания воздуха, которое осуществляется перед началом эксплуатации установки.

Моноблочный конденсатор 6 в средней части его нижней горизонтальной трубы 5 соединен с помощью соединительного элемента 8 с верхним концом верхнего трубопровода 9 транспортной зоны непосредственно или через дополнительный запорный вентиль 10. Последний необходим лишь в некоторых частных случаях и поэтому на фиг. 1 показан штриховыми линями. Соединение верхнего конца верхнего трубопровода 9 транспортной зоны с моноблочным конденсатором 6 или дополнительным запорным вентилем 10 (когда он присутствует) является разъемным.

Верхний трубопровод 9 транспортной зоны соединен своим нижним концом через запорный вентиль 11 с верхним концом нижнего трубопровода 12.1 транспортной зоны. Соединение нижнего конца верхнего трубопровода 9 транспортной зоны с запорным вентилем 11 является разъемным. Транспортная зона 13 образована, таким образом, указанными нижним 12.1 и верхним 9 трубопроводами и соединяющим их запорным вентилем 11. Оба трубопровода транспортной зоны могут быть теплоизолированы (наличие теплоизоляции на чертеже не показано).

Зона испарения 14 установки, размещенная в грунте 3, образована коллектором 15.1, выполненным в виде трубы с присоединенными к ней в разных местах по ее длине патрубками 16.1, свободные концы которых заглушены. Коллектор 15.1, патрубки 16.1 зоны испарения 14 и верхний трубопровод 9 транспортной зоны 13 на фиг. 1 показаны в разрезе. Коллектор 15.1 в показанном на фиг. 1 случае соединен с нижним концом нижнего трубопровода 12.1 транспортной зоны одним из своих концов (это соединение показано позицией 17.1). Труба коллектора 15.1, к которой присоединены патрубки 16.1, расположена горизонтально или с небольшим наклоном вниз в сторону конца, противоположную месту его соединения с нижним трубопроводом 12.1 транспортной зоны. Что касается ориентации самих патрубков 16.1, то они на фиг. 1 условно показаны повернутыми вокруг оси коллектора 15.1 на угол, близкий к 90°, относительно их фактического положения. В действительности предпочтительной является не вертикальная ориентация патрубков, а ориентация с небольшим наклоном в сторону их заглушенных концов. В этом случае обеспечивается охват наибольшей площади поверхности, под которой осуществляется охлаждение, необходимое в связи с оттаиванием верхнего слоя грунта, происходящего в зоне вечной мерзлоты в летний период.

Нижний трубопровод 12.1 транспортной зоны и присоединенные к коллектору 15.1 патрубки 16.1 изготовлены из легко деформируемого материала, например, из алюминиевого сплава АД1 или АД0.

Возможны и другие варианты выполнения коллектора зоны испарения, присоединения к нему патрубков этой зоны и их ориентации. Один из таких случаев схематически иллюстрируется фиг. 2. На этой фигуре коллектор 15.2 аналогичен показанному на фиг. 1, а каждый из патрубков 16.2 имеет часть, ориентированную вертикально, и часть, ориентированную относительно горизонта с небольшим наклоном вниз. Знаком "X" на фиг. 2 (а также на поясняемых ниже фигурах 3 и 4) условно показан запорный вентиль 11, с которым соединен конец нижнего трубопровода транспортной зоны, противоположный его концу, соединенному с коллектором.

Наряду с показанным на фиг. 2 сплошными линиями случаем, когда все патрубки 16.2 расположены по одну сторону от коллектора 15.2, к которому они присоединены, возможно и такое выполнение, при котором разные патрубки расположены по разные стороны от коллектора. Один из патрубков, расположенный, в отличие от остальных, с другой стороны коллектора 15.2, показан на фиг. 2 штриховой линией (позиция 16.3). То или иное расположение патрубков зоны испарения может быть выбрано для обеспечения наилучшего охвата подлежащего охлаждению приповерхностного объема грунта.

Другой частный случай выполнения зоны испарения показан на фиг. 3. Патрубки 16.4 этой зоны испарения имеют выполнение, аналогичное показанному на фиг. 2. Коллектор 15.3 соединен с нижним трубопроводом 12.3 транспортной зоны в своей средней части. При этом нижний трубопровод 12.3 транспортной зоны имеет более сложную форму, чем трубопровод 12.2 на фиг. 2.

Позициями 12.2-12.4 на фиг. 2 - фиг. 4 показан соответственно нижний трубопровод транспортной зоны, а позициями 17.1-17.4 - его соединения с коллектором.

Выбором формы нижнего трубопровода транспортной зоны (а ему может быть придана разная форма благодаря выполнению из легко деформируемого материала) может быть достигнуто различное взаимное расположение зон конденсации и испарения в плане.

Еще один частный случай (фиг. 4), близкий по выполнению к случаю по фиг. 3, отличается от него тем, что коллектор 15.4 является не прямым, а имеющим изгиб в месте его соединения с нижним трубопроводом 12.4 транспортной зоны, выполненным аналогично показанному на фиг. 3.

Описанные выше примеры приведены для иллюстрации разнообразия возможностей выполнения подземной части предлагаемой установки и сопряжения ее с надземной частью, что позволяет осуществлять такое сопряжение, адаптируясь к конкретным условиям, диктующим самые различные варианты взаимного расположения этих частей.

Размещенная на месте предстоящей эксплуатации установка может содержать показанную на фиг. 1 штриховыми линиями поддерживающую конструкцию 22, частично заглубленную в грунт 2 с фиксацией в бетонных блоках 18 и соединенную в данном случае с концами обеих горизонтальных труб 4, 5 моноблочного конденсатора 6 (представляющую собой, например, два вертикальных швеллера). Как уже было пояснено при раскрытии сущности изобретения, поддерживающая конструкция может оказаться необходимой, когда при конкретных конструктивных параметрах расположенной над поверхностью грунта части установки (моноблочный конденсатор 6 и верхний трубопровод 9 транспортной зоны, запорный вентиль 11 и частично - нижний трубопровод 12.1 транспортной зоны, а также, возможно, дополнительный запорный вентиль 8) и материале, из которого изготовлен нижний трубопровод 12.1 транспортной зоны, не могут быть обеспечены достаточные жесткость и устойчивость установки.

Установку изготавливают в виде нескольких не соединенных друг с другом изделий, образующих комплект для ее сооружения.

Первое изделие представляет собой моноблочный конденсатор 6 (в частном случае к соединительному элементу 8 моноблочного конденсатора 6 может быть присоединен дополнительный запорный вентиль 10, который в этом частом случае тоже входит в состав первого изделия).

Вторым изделием является верхний трубопровод 9 транспортной зоны, который выполнен с возможностью разъемного соединения своим верхним концом с моноблочным конденсатором 9 (непосредственно или через дополнительный запорный вентиль 10), а нижним концом - с запорным вентилем 11, входящим в состав третьего изделия.

Третьим изделием является коллектор 15.1 с присоединенными к нему патрубками 16.1 и нижним трубопроводом 12.1 транспортной зоны (соединение последнего с коллектором показано на фиг. 1 позицией 17). В состав третьего изделия входит также запорный вентиль 11, установленный на нижнем трубопроводе 12.1 транспортной зоны со стороны, противоположной его соединению с коллектором 15.1. Запорный вентиль 11 имеет выполнение, допускающее его разъемное соединение с нижним концом верхнего трубопровода 9 транспортной зоны, являющегося вторыми изделием.

Четвертым изделием комплекта может быть поддерживающая конструкция 22. В отличие от первых трех изделий, которые изготавливаются и после изготовления транспортируются совместно, четвертое изделие может изготавливаться как вместе с первыми тремя, так и отдельно от них, в том числе непосредственно на месте размещения установки. Это объясняется тем, что размеры и форма поддерживающей конструкции в наибольшей степени зависят от конкретных условий размещения установки в месте ее эксплуатации.

Изготовление третьего изделия завершается заполнением его внутреннего объема жидким теплоносителем. Заполнение производится через открытый запорный вентиль 11 с использованием вспомогательного приспособления. После заполнения теплоносителем запорный вентиль 11 закрывают.

При необходимости иметь в установке больше теплоносителя, чем позволяет внутренний объем третьего изделия (подробнее это было пояснено выше при раскрытии сущности изобретения) используют первое изделие в комплектации, включающей в его состав дополнительный запорный вентиль 10, и требуемое недостающее количество жидкого теплоносителя, идентичного теплоносителю, заполняющему внутренний объем третьего изделия, вводят во внутренний объем моноблочного конденсатора 6. Это может быть сделано с использованием вспомогательного приспособления через открытый дополнительный запорный вентиль 10, который после осуществления заправки теплоносителем закрывают. Возможна также заправка через штуцер 7, основным назначением которого является использование для стравливания воздуха при вводе установки в эксплуатацию, описываемом ниже. В этом случае заправку производят при закрытом дополнительном запорном вентиле 10 и открытом упомянутом штуцере 7, который по окончании заправки закрывают.

В качестве жидкого теплоносителя могут быть использованы, например, двуокись углерода, хладон Р22, хладон Р404а, хладон Р407, пары которых тяжелее воздуха.

Первое и второе изделия готовы к транспортированию в том виде, в каком они были описаны выше. Третье же изделие, имеющее наибольшие габаритные размеры, для уменьшения этих размеров деформируют, изгибая патрубки 16.1 зоны испарения и нижний трубопровод 12.1 транспортной зоны и свертывая их в бухты вокруг трубы коллектора 15.1, либо трубопровод 12.1 изгибают и укладывают вдоль трубы коллектора 15.1 рядом с нею, а патрубки 16.1 изгибают и свертывают в бухты вокруг трубы коллектора 15.1 и уложенной рядом с нею частью трубопровода 12.1. Свертывание нижнего трубопровода 12.1 транспортной зоны в бухту вокруг трубы коллектора более целесообразно, когда соединение этого трубопровода с коллектором осуществлено в средней части коллектора, а укладывание его вдоль трубы коллектора - когда соединение осуществлено с одним из концов коллектора.

Напомним, что внутренний объем этого изделия заполнен жидким теплоносителем, а запорный вентиль 1 закрыт.

Подготовленный к транспортированию комплект изделий для сооружения установи для охлаждения грунта иллюстрируется на фиг. 5. Использованные на этой фигуре обозначения соответствуют использованным выше при описании изделий комплекта. Первые три изделия показаны соответственно на фиг. 5А, 5Б, 5В (на фиг. 5В представлены оба описанных выше альтернативных варианта компактной укладки третьего изделия комплекта). Позицией 23 на фиг. 5Б показаны неразличимые в масштабе фиг. 1 соединительные фланцы, которые может иметь верхний трубопровод 9 транспортной зоны.

Дополнительный запорный вентиль 10, который может входить в состав первого изделия в частном случае, на фиг. 5А показан штриховыми линиями. Напомним, что в этом частном случае в трубах моноблочного конденсатора 6 содержится жидкий теплоноситель; при этом дополнительный запорный вентиль 10 закрыт.

После доставки установки в разобранном виде к месту ее размещения и предстоящей эксплуатации согнутые в бухты вокруг трубы коллектора 15.1 патрубки 16.1 и нижний трубопровод 12.1 транспортной зоны разгибают и укладывают в грунт в проектное положение. При этом коллектор 15.1 располагают горизонтально или с небольшим наклоном вниз в сторону, противоположную месту его соединения с нижним трубопроводом 12.1 транспортной зоны. Патрубки 16.1 зоны испарения могут быть расположены как вертикально (данный частный случай показан на фиг. 1), так и в соответствии либо с фиг. 2 (в том числе по разные стороны от трубы коллектора), либо с фиг. 3, либо с фиг. 4, либо иным образом для охвата большей площади подлежащего охлаждению приповерхностного слоя грунта.

Затем в сроки, согласованные со строительным работами, производимыми в зоне предстоящей эксплуатации установки, ее подземную часть соединяют с надземной частью (при необходимости используя поддерживающую конструкцию 22), и приводят установку к виду, аналогичному показанному на фиг. 1 или отличающемуся от него в соответствии с описанными выше или иными вариантами выполнения зоны испарения. При этом взаимное расположение подземной и надземной частей в плане можно варьировать требуемым образом, в зависимости от наличия в зоне размещения установки других объектов. Это возможно благодаря выполнению нижнего трубопровода 12.1 транспортной зоны из легко деформируемого материала при наличии необходимого "запаса" его по длине.

Далее открывают запорный вентиль 11, а при наличии дополнительного запорного вентиля 10 - также и этот вентиль, после чего находящийся внутри моноблочного конденсатора 6 жидкий теплоноситель стекает вниз, добавляясь к теплоносителю, содержащемуся в нижнем трубопроводе 12.1 транспортной зоны, коллекторе 15.1 и патрубках 16.1 зоны испарения.

Теплоноситель начинает испаряться, создавая давление на находящийся над ним воздух, имеющий меньшую плотность, чем пары теплоносителя. Через некоторое время после открытия запорного вентиля 11 или этого вентиля вместе с дополнительным запорным вентилем 10, если он присутствует (достаточно 30-50 минут), воздух стравливают через штуцер 7, который при дальнейшей работе установки снова должен быть закрыт.

Как уже отмечалось, для повышения эффективности функционирования установки оба трубопровода 9 и 12.1 транспортной зоны могут быть теплоизолированы.

Разумеется, все соединения друг с другом коллектора, патрубков зоны испарения, транспортных трубопроводов, запорных вентилей и труб моноблочного конденсатора являются герметичными, и внутренний объем установки полностью изолирован от окружающего пространства.

В любом случае заправка жидким теплоносителем третьего изделия (или этого изделия и первого изделия) комплекта при их подготовке к транспортированию должна была быть осуществлена расчетным количеством теплоносителя, выбираемым таким образом, чтобы его было достаточно для заполнения после стравливания воздуха патрубков 16.1 зоны испарения с образованием, по меньшей мере, слоя 19 на нижней части внутренней поверхности коллектора 15.1 (фиг. 1), частично закрывающего просвет коллектора по всей его длине.

После этого установка готова к работе.

Таким образом, после доставки изделий, составляющих предлагаемый комплект по фиг. 5, к месту сооружения предлагаемой установки и выполнения описанных действий по их соединению, а также действий с запорным вентилем (вентилями) и штуцером для стравливания воздуха получают предлагаемую установку в рабочем состоянии, иллюстрируемую фиг. 1.

Работа установки происходит следующим образом.

Когда температура воздуха, омывающего трубы моноблочного конденсатора 6, ниже температуры грунта 3, пар из патрубков 16.1 зоны испарения 14 под действием перепада давления и концентрационной диффузии, "пробулькивая" через конденсат 21, поступает в коллектор 15.1 зоны испарения. Затем через нижний трубопровод 12.1 транспортной зоны, открытый запорный вентиль 11, верхний транспортный трубопровод 9 (и открытый дополнительный запорный вентиль 10, если он присутствует) пар поступает в трубы моноблочного конденсатора 6. Там он конденсируется, передавая теплоту грунта стенкам оребренных труб 1 и далее через их ребра - в окружающее пространство. Капли 20 конденсата по стенкам трубопроводов 9 и 12.1 транспортной зоны под действием силы тяжести стекают в коллектор 15.1, пополняя конденсат в нем и патрубках 16.1 зоны испарения 14, и далее цикл повторяется. Так теплота грунта (Q1-Q4, фиг. 1), затраченная на образование пара теплоносителя, передается в окружающее пространство (Q, фиг. 1). В итоге происходит охлаждение грунта 3, окружающего патрубки 16.1 и коллектор 15.1.

Предлагаемая установка может быть отнесена к охладителям грунта смешанного типа: в патрубках 15.1 зоны испарения реализуется режим парожидкостного термосифона, а коллектор 15.1, нижний 12.1 и верхний 9 трубопроводы транспортной зоны и моноблочный конденсатор 6 работают так же, как и в гравитационной тепловой трубе.

Предлагаемые изобретения могут найти применение при создании установок для замораживании грунта под сооружениями, строящимися в зоне вечной мерзлоты. Их использование позволит упростить конструкции охлаждаемых фундаментов, ускорить и удешевить строительно-монтажные работы по устройству фундаментов и оснований различных сооружений.

Изобретения могут найти применение также в тех случаях, когда имеются ограничения на размещение оборудования вблизи стен по периметру здания и, следовательно, возникают трудности с размещением зон конденсации при равномерном расположении под сооружением зон испарения охлаждающих устройств, например, если имеются ворота для автомашин, подъездные дороги, установлено электротехническое или другое оборудование.

Источники информации

1. Патент РФ на промышленный образец №55511, опубл. 16.10.2004.

2. Патент РФ на полезную модель №33955, опубл. 20.11.2003.

3. Патент США №3217791, опубл. 30.07.1964.

4. Авторское свидетельство СССР №872640, опубл. 15.10.1981.

Изобретения относятся к средствам для охлаждения грунта, работающим по принципу гравитационных тепловых труб и парожидкостных термосифонов, и предназначены для использования при строительстве сооружений в зоне вечной мерзлоты. Техническим результатом является упрощение конструкции установки в целом, позволяющим уменьшить количество выходящих на поверхность трубопроводов, соединяющих зону испарения с зоной конденсации, без снижения эффективности работы этих зон. Технический результат достигается тем, что установка имеет зону испарения с несколькими патрубками и зону конденсации с несколькими конденсаторами, соединенные через транспортную зону. Особенности установки заключаются в выполнении зоны конденсации в виде моноблочной конструкции, имеющей штуцер для стравливания воздуха, и связь ее с зоной испарения через единственный транспортный канал в виде верхнего и нижнего трубопроводов, соединенных через запорный вентиль, а также наличие в зоне испарения коллектора, к которому присоединены патрубки. Оба соединения трубопровода являются разъемными. Трубопровод и патрубки выполнены из легко деформируемого материала, а используемый жидкий теплоноситель имеет пары тяжелее воздуха. Комплект для сооружения установки включает первое изделие - моноблочный конденсатор, второе изделие - верхний транспортный трубопровод и третье изделие в виде последовательно соединенных вентиля, трубопровода и коллектора с патрубками. Третье изделие при изготовлении заполняют теплоносителем, его трубопровод и патрубки сгибают в бухты вокруг коллектора. Конструкция установки и ее комплектация обеспечивают технический результат, заключающийся в более удобной транспортировке и возможности разнесения во времени работ по размещению подземной и надземной частей на месте будущей эксплуатации. Связь этих частей через единственный указанный канал и возможность изгиба его нижней части облегчает размещение установки при наличии в непосредственной близости от нее других строящихся объектов. Установка после соединения ее частей не требует заправки теплоносителем в неблагоприятных условиях строительства и запускается в действие открыванием вентиля с последующим стравливанием воздуха через штуцер. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Установка для охлаждения грунта, заправленная жидким теплоносителем и имеющая зону испарения и зону конденсации, соединенные через транспортную зону, содержащая в зоне конденсации несколько ориентированных вертикально оребренных труб, а в зоне испарения - несколько патрубков, имеющих отличное от горизонтального расположение и заглушенные нижние концы, отличающаяся тем, что транспортная зона образована последовательно соединенными верхним трубопроводом, запорным вентилем, находящимся в открытом состоянии, и нижним трубопроводом, в зоне конденсации дополнительно расположены имеющие заглушенные концы верхняя и нижняя горизонтальные трубы, с которыми указанные вертикальные оребренные трубы соединены соответственно своими верхними и нижними концами, верхняя горизонтальная труба снабжена штуцером для стравливания воздуха, все указанные вертикальные оребренные трубы и горизонтальные трубы образуют моноблочный конденсатор, нижняя горизонтальная труба последнего соединена с возможностью разъединения с верхним концом указанного верхнего трубопровода транспортной зоны, соединение которого с указанным запорным вентилем тоже является разъемным, зона испарения дополнительно содержит выполненный в виде трубы коллектор, к которому в разных местах по его длине присоединены незаглушенными концами указанные несколько патрубков, конец нижнего трубопровода транспортной зоны, противоположный его концу, соединенному с запорным вентилем, либо соединен с одним из концов коллектора, и при этом противоположный конец коллектора заглушен, либо соединен с коллектором в месте, расположенном между его концами, и при этом оба конца коллектора заглушены, коллектор размещен горизонтально или с наклоном в сторону указанных единственного или обоих заглушенных концов, нижний трубопровод транспортной зоны и патрубки зоны испарения изготовлены из легко деформируемого материала, присоединенные к коллектору патрубки зоны испарения и сам коллектор заполнены жидким теплоносителем таким образом, что просвет коллектора по всей его длине, по меньшей мере, частично занят теплоносителем, при этом жидкий теплоноситель выбран из числа веществ, плотность пара которых выше плотности воздуха.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что соединение моноблочного конденсатора с верхним концом верхнего трубопровода транспортной зоны осуществлено через дополнительный запорный вентиль, находящийся в открытом состоянии.

3. Установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что она снабжена опирающейся на грунт или частично заглубленной в него поддерживающей конструкцией, к которой прикреплены своими концами верхняя или обе горизонтальные трубы моноблочного конденсатора.

4. Комплект изделий для сооружения установки для охлаждения грунта по п. 1, содержащий первое изделие, в состав которого входят оребренные трубы конденсаторной зоны, второе изделие, содержащее элемент, принадлежащий транспортной зоне, и третье изделие, в состав которого входят патрубки испарительной зоны установки для охлаждения грунта, один из концов каждого из которых заглушен, отличающийся тем, что указанным первым изделием является моноблочный конденсатор указанной установки, в котором оребренные трубы конденсаторной зоны расположены параллельно друг другу и присоединены своими одними концами к первой трубе, а другими - ко второй трубе, параллельной первой, концы обеих этих труб заглушены, одна из них снабжена штуцером для стравливания воздуха, а другая - элементом для разъемного соединения со вторым указанным изделием, которым является верхний трубопровод транспортной зоны указанной установки, выполненный с возможностью разъемного соединения с первым и вторым указанными изделиями, указанным третьим изделием является выполненный в виде трубы коллектор, к которому в разных местах по его длине присоединены незаглушенными концами патрубки зоны испарения, кроме того, к коллектору одним из своих концов присоединен трубопровод, являющийся нижним трубопроводом транспортной зоны указанной установки и заканчивающийся установленным на противоположном его конце запорным вентилем, предназначенным для разъемного соединения со вторым указанным изделием, соединение трубопровода транспортной зоны с коллектором осуществлено либо с одним из концов последнего, и при этом противоположный конец коллектора заглушен, либо в месте, расположенном между его концами, и при этом оба конца коллектора заглушены, указанные патрубки и трубопровод третьего изделия изготовлены из легко деформируемого материала, внутренний объем указанного третьего изделия заполнен жидким теплоносителем, выбранным из числа веществ, плотность пара которых выше плотности воздуха, а указанный запорный вентиль находится в закрытом положении, при этом указанные патрубки и трубопровод третьего изделия изогнуты и свернуты в бухты вокруг трубы коллектора, либо указанный трубопровод третьего изделия изогнут и уложен вдоль трубы коллектора рядом с нею, а указанные патрубки изогнуты и свернуты в бухты вокруг трубы коллектора и уложенного рядом с нею указанного трубопровода.

5. Комплект по п. 4, отличающийся тем, что первое изделие, которым является моноблочный конденсатор, содержит дополнительный запорный вентиль, присоединенный к указанному соединительному элементу, которым снабжена одна из труб моноблочного конденсатора, при этом внутренний объем первого изделия содержит жидкий теплоноситель, идентичный жидкому теплоносителю, которым заполнен внутренний объем третьего изделия, а указанный дополнительный вентиль находится в закрытом состоянии.

6. Комплект по п. 4 или 5, отличающийся тем, что он дополнительно содержит четвертое изделие, которым является поддерживающая конструкция, предназначенная для опоры на грунт или заглубления в нем и прикрепления к ней обеих труб, перпендикулярных оребренным трубам моноблочного конденсатора, являющегося первым изделием, или только той из этих труб, которая снабжена штуцером для стравливания воздуха.