Устройство для искусственного замораживания грунта Советский патент 1980 года по МПК E02D3/12 

Изобретение относится к области строительства на вечномерзлых грунтах и касается выполнения устройств для искусственного замораживания грунта. Известно устройство для искусственного за юраживания грунта, выполненное в виде закрытой с торцов трубы, частично размещенной в грунте и заполненной однофазным жидкш теп лоносителем. За счет циркуляции хладоагеита осуществляется охлаждение и замораживани грунта ПЗЭффективность этого устройства недостаточао высока за счет низкой теплопередачи от теплоносителя к атмосферному воздуху. Наиболее .м к изобретению является устройство .fsis искусственного замораживания грунта, вклизчаюшее адлолненные однофазным жидким теплоносителем и сообщающиеся меж ду собой подземную часть и надземный тепло обменник, снабженный охлаждающим приспосо лением с {2. В этом устройстве подземная часть и надзем яый теплообменник представляют собой едивый вдркуляадонный контур за счет того, что они соеданены между собой изогнутой трубой, верхняя часть которой огибает надземный теплообменник, а нижняя - размещена в подзем ной части устройства, В трубе также циркулирует теплоноситель, в результате чего она выполняет роль приспособления, охлаждающего подземную часть и надземный теплообменник. Конвекция теплоносителя в системе подземtefi часть - надземный теплообменник происходит недостаточно интенсивно, что в значительной степени снижает эффективность замораживания грунта. Цель изобретения - повышение зффективног№ замораживания грунта. Данная цель достигается за счет того, что в устройстве для искусственного замораживания грунта, включающем заполненные однофазным жидким теплоносителем и сообщающиеся между собой подземную часть и надземный теплообменник, снабженный охлаждающим приспособлением с ребрами, охлаждающее приспособление выполнено в виде закрытой с торцов и заполненной теплоносителем трубы, нижняя часть которой установлена в надземном теплообменнике, а верхняя - Bbicrynaei за его предлы, при этом груба может быть заполнена низкокипящим жидким теплоносителем, а ребра в нижней части трубы могут быть выполнены винтовыми.

На фиг. 1 изображено описываемое устройство, поперечный разрез; на фиг. 2 - описываемое устройство, вариант горизонтального размещения подземной части; на фиг. 3 - описываемое устройство, вариант раздельного выполнения подземной части с надземным теплообменником.

Описываемое устройство состой г из подземной части 1, которая выполнена из сообщающихся 1руб. Подземная часть 1 соединена патрубком 2 с надземным теплообменником 3. Его нижняя часть закрыта заглушкой 4, через которую проходит патрубок 5, соединяющий надземный теплообменник 3 с подземной частью 1. Верхний торец надземного теплообменника закрыт заглушкой 6, в которой закреплена труба 7, закрытая с обоих концов крышками, диаметр которой меньше диаметра надземного теплообменника. Стенки теплообменника 3 и трубы 7 образуют кольцевой зазор, внутри которого расположена винтовая лента 8, закрепле ная в виде оребрения на поверхности трубы 7, Часть трубы 7, расположенная выше заглушки 6, сребрена. Патрубок 2 покрыт тепловой изоляцией 9. Полость трубы 7 частично заполнена низкокипящей жидкостью, например фреоном, а подземная часть 1, патрубки 2, 5 и полость кольцевого зазора - однофазным жидким теплоносителем, например керосином. Подземная часть 1 заранее погружается в массив грунта, подлежащий замораживанию.

Устройство работает следующим образом. С момента, когда температура воздуха становится ниже температуры грунта, однофазный жидкий теплоноситель в кольцевом зазоре, охлаждается через стенки теплообменника 3. При этом объемный вес жидкого теплоносителя увеличивается, за счет чего он начинает двигаться вниз вытесняя более теплый жидкий теплоноситель в подземной части 1 устройства через изолированный патрубок 2 в полость кольцевого зазора. Жидкий теплоноситель, поступивший в кольцевой зазор, имеет температуру более высокую, чем температура атмосферного воздуха. В кольцевом зазоре жидкий теплоноситель дви жется по винтовым каналам, образованным лентой 8. При этом стенка трубы 7 нагревается, вследствие чего низкокипяший жидкий теплоноситель в полости трубы 7 испаряется, отбирая тепло у жидкого теплоносителя, движущегося в винтовых каналах кольцевого зазора. Пары низкокипящего жидкого теплоносителя по полости трубы 7 поднимаются в охлаждаемую воздухом час1ь эгой чрубы выше заглушки 6. На охлаждаемой воздухом поверхносги трубы 7 пары низкокипящего жидкого теплоносителя конденсируются, выделяя тепло, которое отводи гея через оребренную поверхность трубы 7 к атмосферному воздуху. Конденсат чизкокипящего жидкого теплоносителя стекает ПО вертикальной внутренней поверхности трубы 7 в ее нижнюю часть, где снова происходит испарение. Однофазный жидкий теплоноситель, движущийся по винтовым каналам в кольцевом зазоре, охлаждается с одной стороны воздухом через стенки надземного теплообменника 3, а с другой - испаряюнщмся низкокипящим жидким теплоносителем через стенку трубы 7 и закрепленные на ней винтовые ребра 8. Для дополнительного увеличения теплопередачи однофазного жидкого теплоносителя к атмосферному воздуху через теплообменник 3 его внешняя поверхность может быть оребрена Подземная часть 1 устройства может быть установлена вертикально (как показано на фиг. 1 горизонтально (как показано на фиг. 2) или наклонно, в зависимости от конкретных требований.

Описываемое устройство имеет следующие преимущества перед известными. В надземной части устройства за счет охлаждения однофазного жидкого теплоносителя воздухом и низкокипящим жидким теплоносителем обеспечивается высокая интенсивность теплопередачи, за счет чего сокращаются габариты надземной части, что облегчает ее установку в вертикальном положении. При малой высоте трубы 7, оребренной по всей длине, обеспечивается высокая интенсивность цикличного процесса переноса тепла низкокипящим жидким теплоносителем. В подземной части I достигается равномерная интенсивность замораживания грунта по всей длине с некоторым преобладанием в концевой ее части.

Формула изобретения

1. Устройство для искусственного замораживания грунта, включающее заполненные однофазным жидким теплоносителем и сообщающиеся между собой подземную часть и надземный теплообменник, снабженный охлаждающим приспособлением с ребрами, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности замораживания грунта, охлаждающее приспособление выполнено в виде закрытой с торцов и заполненной теплоносителем трубы, нижняя часть которой установлена в надземном теплообменнике, -i верхняя - выступает за его пределы.