КРИОГЕННЫЙ ГЕНЕРАТОР С ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ АКТИВАЦИЕЙ Российский патент 2018 года по МПК E02D3/115 

Изобретение относится к области силовых установок, имеющих электрические элементы, в частности к устройствам регулируемой температурной стабилизации, охлаждения и замораживания грунта.

Известен криогенный генератор гетеродина для интегрального спектрометра субмиллиметровых волн с системой фазовой автоподстройки частоты, выполненный в виде интегральной микросхемы, содержащей длинный переход Джозефсона, гармонический смеситель, выполненный на отдельном переходе Джозефсона, и сверхпроводниковые элементы для их соединения и согласования импедансов, в котором оба джозефсоновских перехода выполнены на основе сверхпроводниковой туннельной структуры Nb-AlN-NbN (Патент №2325003 RU. Опубл. 20.05.2008).

Известен способ получения шуги криогенной жидкости и струйный генератор шуги криогенной жидкости, которое содержит разгонное конфузорно-диффузорное сопло, поверхностный сепаратор с сепарирующей поверхностью и приемный диффузор, диффузорный участок сопла разделен продольной перегородкой на две части, и при этом прилегающая к сепарирующей поверхности часть выполнена с меньшей степенью расширения (А.с. 1779961 SU. Опубл. 07.12.1992).

Однако известный струйный генератор не предназначен для отведения тепла из объема грунта на различной глубине.

Известен термосифон с испарителем теплового насоса, включающий термосифон, содержащий рабочее тело, обладающее способностью перехода из жидкого состояния в газообразное и обратно, и имеющий испарительную и конденсаторные части, при этом термосифон содержит герметичную тепловую трубу, содержащую рабочее тело, обладающее способностью перехода из жидкого состояния в газообразное и обратно, и имеющую испарительную и конденсаторные части, конденсаторная часть тепловой трубы ограничивает вместе с внешним корпусом, крышкой и нижней платформой полость испарителя теплового насоса, имеющую патрубки для подвода жидкой фазы рабочего тела теплового насоса и отвода газообразной фазы рабочего тела теплового насоса, таким образом конденсаторная часть тепловой трубы образует внутренний корпус испарителя теплового насоса, между внешним и внутренним корпусом испарителя теплового насоса установлен промежуточный корпус, имеющий отверстия в нижней части с возможностью прохода через них жидкой или газообразной фазы рабочего тела теплового насоса, циркулирующего внутри испарителя теплового насоса, между внутренним корпусом и промежуточным корпусом имеются направленные вертикально трубки-сопла с возможностью поступления в них жидкой фазы рабочего тела теплового насоса под давлением, причем испаритель теплового насоса имеет внутренние поверхности (Патент №2261405 RU. Опубл. 27.09.2005).

Однако известный термосифон не предназначен для отведения тепла из объема грунта на различной глубине.

Известно устройство для искусственного замораживания грунтов в основании сооружений, включающее подземную замораживающую часть и надземный теплообменник, выполненные в виде соединенных одна с другой труб, заполненные незамерзающей жидкостью, в котором труба надземного теплообменника выполнена двустенной с кольцевым зазором между стенками, соединенным с подземной замораживающей частью тангенциально смонтированными патрубками (А.с. 582362 SU. Опубл. 30.11.1977).

Однако известное устройство не предназначено для отведения тепла из объема грунта на различной глубине.

Известен способ очистки грунта, загрязненного токсичными загрязняющими веществами, которые могут быть в погруженных контейнерах, причем способ включает размещение по меньшей мере одной морозильной камеры на поверхности только загрязненной земли, подлежащей очистке, для предотвращения нарушения и/или высвобождения любых заглубленных загрязняющих веществ в окружающую земную или грунтовую воду, подают холодный хладагент в морозильную коробку до тех пор, пока земля ниже морозильника не будет заморожена до требуемой глубины и удаления по меньшей мере части замороженной загрязненной земли, которые могут выделять токсичные загрязняющие вещества в окружающую почву и атмосферу (Патент №US 4966493. Опубл. 30.10.1990).

Известен двигатель холодного состояния или устройство, использующее тепловую энергию воздуха, содержащий испаритель, детандер высокого давления, насос для рабочей жидкости высокого давления, окружающий теплообменник, циркуляционный насос, генератор, трубы, клапаны, датчики, которые оперативно соединены друг с другом с использованием одного или двух атомных газов в качестве рабочего вещества (Номер публикации: 2017202013 NZ. Дата публикации: 13.04.2017).

Однако известный двигатель холодного состояния не предназначен для отведения тепла из объема грунта различного генезиса на различной глубине.

Известно устройство для круглогодичного охлаждения, замораживания грунта основания фундамента и теплоснабжения сооружения на вечномерзлом грунте в условиях криолитозоны, содержащее установленную без зазора в грунтовую скважину, заглушенную снизу, обсадную трубу, с размещенной в ней коаксиально трубой, с открытым нижним торцом, зазор между трубами на верхнем торце обсадной трубы заглушен, верхние торцы труб содержат патрубки, полости труб и патрубков заполнены теплоносителем, при этом устройство содержит тепловой насос, низкотемпературный теплоноситель, нагрев теплоносителя происходит от грунта в обсадной трубе, внутренняя труба снаружи теплоизолирована, патрубки через теплоизолированные трубопроводы соединены с всасывающим и нагнетающим патрубками теплового насоса, образуя первичный контур, рабочее тело теплового насоса имеет температуру кипения ниже на 10-30°С минимальной температуры теплоносителя первичного контура, а тепловой насос расположен внутри сооружения и осуществляет теплоснабжение с коэффициентом преобразования больше единицы, при этом патрубки труб соединены с регулируемым жидкостным насосом и теплообменником и образуют самостоятельный первичный замкнутый контур, соединенный с испарителем теплового насоса (Патент №2519012 RU. Опубл. 10.06.2014).

Однако конструктивное решение устройства для круглогодичного охлаждения позволяет поддерживать лишь устойчивое состояние фундамента сооружения и не предназначено для отведения тепла из объема грунта различного генезиса на различной глубине.

Задачей настоящего изобретения является возможность отведения тепла из объема грунта различного генезиса на различной глубине.

Технический результат проявляется в укреплении водонасыщенного грунта путем повышения его несущей способности и создания мерзлотного экрана за счет уменьшения фильтрационной способности грунта.

Поставленная задача решается тем, что в криогенном генераторе с электромагнитной активацией, содержащем насос, конденсатор, испаритель, регулирующий вентиль, теплообменник выполнен рекуперативным, прямая и обратная связь выполнены в виде трубопроводов, трубопровод прямой связи соединен с конденсатором, регулирующим вентилем, источником электрического поля и испарителем, трубопровод обратной связи соединен с испарителем, генератором переменного магнитного поля и насосом, при этом источник электрического поля выполнен в виде диэлектрической щелевой камеры, которая выполнена из диэлектрической трубы, коаксиально расположенной внутри медного токоподводящего проводника, выполненного в виде цилиндрической втулки, изолированной от внешней среды сверху и снизу направляющими устройствами из диэлектрика.

Настоящее изобретение поясняют подробным описанием и схемами, на которых:

Фиг. 1 - показывает схему криогенного генератора с электромагнитной активацией;

Фиг. 2 - иллюстрирует разрез главного вида диэлектрической щелевой камеры.

Криогенный генератор с электромагнитной активацией (тепловой насос) (далее КГ) содержит насос 1 для перекачивания хладагента (рабочего тела), конденсатор 2, трубопровод 3 прямой связи, подающего рабочее тело в систему и трубопровод 4 обратной связи (фиг. 1). Кроме того КГ содержит рекуперативный теплообменник 5, редукционный вентиль 6, источник электрического поля 7, испаритель 8, генератор переменного магнитного поля 9, расположенного в элементе 10, выполненного в виде пустотелого цилиндра.

На трубопроводе 3 прямой связи после редукционного вентиля 6 смонтирован источник электрического поля 7, выполненный в виде диэлектрической щелевой камеры 11, которая выполняет функцию конденсатора (Фиг. 2). Диэлектрическая щелевая камера 11 исполнена из диэлектрической трубы 12, коаксиально расположенной внутри медного токоподводящего проводника 13. Медный токопроводящий проводник 13 выполнен в виде цилиндрической втулки, изолированной от внешней среды сверху и снизу направляющими устройствами 14 и 15 из диэлектрика. Внутри щелевой камеры 11 расположена зона воздействия внешнего электрического поля на рабочее тело, которое создано элементами 16 и 17.

Криогенный генератор с электромагнитной активацией работает следующим образом.

Хладагент (вода, хладоны, натрий хлор, кальций хлор, антифриз и пр.) закачивают насосом 1 в конденсатор 2, где происходит его сжатие и охлаждение. Регулирование расхода и давления хладагента в трубопроводе 3 прямой связи, иными словами, подающей магистрали, осуществляет редукционный вентиль 6. Для повышения эффективности отбора тепла от охлаждаемого грунта Q на трубопроводе 3 прямой связи, иными словами, подающий магистрали, устанавливают источник электрического поля 7 (электростатический генератор). Хладагент, проходя через источник электрического поля 7, а именно диэлектрическую щелевую камеру 11, подается в испаритель 8, где происходит отбор тепла от стенок испарителя 8 и примыкающего к нему грунта Q. В результате этого температура объемного пространства грунта, окружающего испаритель 8, понижается, так как происходит теплопередача энергии из грунта в испаритель 8. На обратной магистрали 4 монтируют генератор 9 переменного магнитного поля концентрационного типа. Генератор 9 переменного магнитного поля встраивают в элемент 10 трубопровода 4 обратной связи. Из испарителя 8 хладагент по трубопроводу обратной связи 4 поступает через генератор 9 переменного магнитного поля в регенерационный теплообменник 5. В регенерационном теплообменнике 5 происходит отбор тепла от хладагента и передача его потребителю тепловой энергии. Охлажденный хладагент перекачивается насосом в конденсатор 2. Далее цикл повторяется.

Напряженность переменного магнитного поля составляет приблизительно от 6×10⁴ на 2×10⁵ ампер/метр.

При действии переменного магнитного поля генератором 9 на жидкий хладагент происходит усиление поляризации его молекул, что влечет за собой повышение теплоемкости, энтальпии хладагента, а также его диффузионных свойств. Внешнее переменное магнитное поле от генератора 9, действуя на поляризованные молекулы хладагента (диполи, Триполи, квадриполи и т.д.), порождают силу Лоренса, благодаря которой возникают гидродинамические колебания различной частоты. В результате этого меняется плотность растворенных газов и доля кавитационных разрывов в объеме жидкости. Тепло, полученное хладагентом от испарителя 8, релаксируется (расходуется) на гомогенизацию газожидкостной среды хладагента как в фазовом, так и в плотностном аспектах, это ведет к интенсификации отвода тепла из охлаждаемого грунта Q. Переменное магнитное поле, создаваемое генератором 9, влияет на процессы массопереноса и массообмена в вязкотекучей жидкости (хладагенте). Молекулы хладагента и их ассоциаты, гидратированные ионы, совершают беспрерывные колебательные движения, которым соответствует определенный энергетический уровень. При воздействии на эту осциллирующую систему переменного магнитного поля оптимальной частоты возможен резонанс с определенной группой молекул и ассоциатов с возникновением квантов, энергии, способных изменять структурную характеристику хладагента и соответственно его физические свойства: повышение энтальпии mi×qi и увеличение энтропии dq/dt°.

Молекулы хладагента, попадающие в источник электрического поля 7, под действием электростатического поля высокой напряженности активируются, что является причиной усиления их диффузионного массопереноса при прохождении через объем испарителя 8. Это способствует интенсификации теплообмена между испарителем и охлаждаемым грунтом Q.

Предлагаемый криогенный генератор с электромагнитной активацией позволяет отводить тепло из объема грунта различного генезиса на различной глубине. КГ может быть использован для укрепления водонасыщенного грунта для повышения его несущей способности.

Кроме того, предлагаемый КГ предназначен создания мерзлотного экрана, позволяющего уменьшить фильтрационную способность грунта, так как сопротивление проницаемости жидкости путем фильтрации химической смеси, состоящей из воды в твердом состоянии (лед) и грунта любого фракционного состава, значительно меньше, чем водонесущей породы.

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. Теплообменник выполнен рекуперативным, прямая и обратная связь выполнены в виде трубопроводов, трубопровод прямой связи соединен с конденсатором, регулирующим вентилем, источником электрического поля и испарителем, трубопровод обратной связи соединен с испарителем, генератором переменного магнитного поля и насосом. Источник электрического поля выполнен в виде диэлектрической щелевой камеры, которая выполнена из диэлектрической трубы, коаксиально расположенной внутри медного токоподводящего проводника, выполненного в виде цилиндрической втулки, изолированной от внешней среды сверху и снизу направляющими устройствами из диэлектрика. Технический результат состоит в обеспечении возможности отведения тепла из объема грунта различного генезиса на различной глубине, укреплении водонасыщенного грунта путем повышения его несущей способности и создания мерзлотного экрана за счет уменьшения фильтрационной способности грунта. 2 ил.

Криогенный генератор с электромагнитной активацией, содержащий насос, конденсатор, испаритель, регулирующий вентиль, отличающийся тем, что теплообменник выполнен рекуперативным, прямая и обратная связь выполнены в виде трубопроводов, трубопровод прямой связи соединен с конденсатором, регулирующим вентилем, источником электрического поля и испарителем, трубопровод обратной связи соединен с испарителем, генератором переменного магнитного поля и насосом, при этом источник электрического поля выполнен в виде диэлектрической щелевой камеры, которая выполнена из диэлектрической трубы, коаксиально расположенной внутри медного токоподводящего проводника, выполненного в виде цилиндрической втулки, изолированной от внешней среды сверху и снизу направляющими устройствами из диэлектрика.