Устройство для аккумуляции холода вОСНОВАНии СООРужЕНий Советский патент 1981 года по МПК E02D3/12 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АККУМУЛЯЦИИ ХОЛОДА В ОСНОВАНИИ СООРУЖЕНИЙ Изобретение относится к ству и касается выполнения уст1ройст для аккумуляции холода в основании сооружений, используемых при возведе нии их на вечномерзлых грунтах. Известно устройство для аккумуляции холода в основании сооружений, включающее частично установленный , в грунте и заполненный жидким хйадагентом трубчатый корпус с днищем . н крышкой D-J . эффективность этого устройства недостаточно высока из-за того, что в теплый период года оно оказывает отеплякяцее воздействие на грунт, а также из-за малой скорости естественной циркуляции .хладагента. Известно также устройство для аккумуляции холода в основании соору жений, включающее частично ус1ановлё ный 9 грунте и заполненный жидким хладагентом трубчатый корпус с днищем, крышкой и поперечной кольцевой диафрагмой и свободно погружены в хладагенте поплавок, выполненшай в виде диска, на котором закреплена заполненная водой емкость Zj. В холодный период года вода в емкости превращается в лед, увеличивается в объеме, а поплавок свободно плавает в верхней части корпуса, ;при повышении наружной температуры, ,лед в емкости тает, емкость уменьшается в объеме и поплавок погружается вниз до упорач на диафрагму. В результате этого полость корпуса перекрывается поплавком, а циркуляция .хладагента, прекращается. В этом устройстве предотвращается его отеплянвдее действие, однако в холодный период года циркуляция .хлад- агента осуществляется за счет его естественной конвенции и имеет невы сокую скорость. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство д№я аккумуляции холода в основании сооружени:й, включагацёе частично установленный в груцте и заполненный жидким хладагентом: трубчатый корпус с днищем и крышкой и размещенное внутри корпуса приспособление для усиления гдаркуляции хладагента, выполненное в виде трубы, имеквдвЯГ на внутренней к наружной боковой поверхностях винтовые лопасти и приводимой во вращение посредством вала, присоединенного к ветр одвигателю ГзЗ. В этом устройстве скорость циркуляции хладагента выше его естест- ,

венной конвенции, что повышает эффективность устройства. Однако работа приспособления для усиления циркуляции хладагента зависитч от ветрового напора, т.е. от погодных условий, что отрицательно сказывается на надежности устройства.

Цель изобретения - повышение надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем что э устройстве для аккумуляции холода в основании сооружений, включающем частично установленный в грунте и заполненный жидким хладагентом трубчатый корпус с дншчём и крышкой и размещенное в корпусе приспособление для усиления циркуляции хладагента,. последнее выполнено в виде герметичной емкости с деформирующимися стенками, свободно погруженной в хладагент и заполненной рабочим агентом в виде легкокипящей жидкости или газового гидрата, или снабженной металлическим стержнем, концы которого прикреплены к ее противолежащим стенкам. Для более равномерного распределения рабочего элемента в емкости с деформирующимися стенками, последняя снабжена пластинами, разделя рщими ее на секции, причем секции сообщены между собой и рабочим агентом заполнена каждая секция.

Повышение степени усиления циркуляции хладагента может быть достигнуто выполнением емкости с деформирующимися стенками, заполненной рабочим агентом с пластинами, разделяющими ее на секции, причем секции сообщены между собой, а рабочим агентом заполнена каждая секция, или же выполнением устройства дополнительно с емкостями с жесткими стеками, поярусно размещенными над емкостью с деформирующимися стенками, заполненной рабочим агнетом, и сообщенными с ней и друг другом посредством теплоизолированного патрубка, причем каждая емкость с жесткими стенками заполнена рабочим агентом, или же выполнением устройства дополнительно с теплоизолированнЕом стаканом, заполненным рабочим агентом, и с теплообменником с охватывающей его теплоизолирующей втулкой, причем теплоизолированный стакан установлен в емкости с деформирующимися ,стенками, а теплообменник своим нижним концом размещен в стакане, верхним концом выведен за пределы емкости с деформирующимися стенками и охвачен теплоизолирующей втулкой на участке выхода из нее. При этом, при выполнении устройства с указаннми дополнительными признаками целесообразно, чтобы внутри корпуса к его крышке и днищу были бы прикреплены гравитационные или тепловые реле.

На фиг. 1 изображено описываемое устройство, вариант заполнения емкости с деформирующимися стенками рабочим агентом, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, вариант выполнения емкости с металлическим стержнем, продольный разрез; на фиг. 3 то же, вариант выполнения емкости с пластинами, продольный разрез; на фиг. 4 - то же, вариант выполнения устройства дополнительно с емкостями с жесткими стенками, продольный разрез; на фиг. 5 - описываемое устройство, вариант выполнения устройства дополнительно с теплоизолированным стаканом и теплообменником.

Описываемое устройство для аккумуляции холода включает частично установленный в грунте 1 и заполненный жидким хладагентом 2 , например керосином, трубчатый корпус 3 сднищем 4 и крышкой 5. Внутри корпуса в хладагенте 2 свободно размещена емкость б с деформирующимися стенками, например, сильфон с металлическими стенками. Сипьфон 6 заполнен рабочим агентом 7 в виде легкокипящей жидкости или газового гидрата или же снабжен стержнем 8 из металла с высоким коэффициентом линейного расширения, например кадмия, прикрепленным своими концами к торцовым

0 стенкам сильфона. В качестве газового гидрата может быть использован гидрат пропана, который получают в виде пульпы из газообразного пропана и водного раствора н-пропилового спирта, где н-пропиловый спирт выполняет роль активатора процессов образования и диссоции гидрата.

При повышении температуры в легкокипящей жидкости имеет место ее ки0пение и переход жидкой фазы в газовую, и в газовом гидрате его диссоциация и переход твердой фазы в жидкую и газовую.

Вес заполненного сильфона подбирают таким, чтобы при расчетной тем5пературе охлаждения грунта сильфон 6 свободно плавал в хладагенте в верхней части корпуса 3. При этом газовая фаза рабочего агента над его жидкой фазой находится в равновес0ном состоянии.

При понижении наружной температуры, вызыва1рщей понижение верхних слоев хладагента , газовые фазы ра бочего агента переходят в жидкую

5 или твердую, в результате чего давление газа в сильфоне уменьшается, стенки сильфона сжимаются, а сам сильфон уменьшается в объеме. При выполнении сильфона со стержнем

0 8 уменьшение объема сильфона достигается за счет укорочения стержня и сближения торцовых стеной сильфона.

Уменьшение объема сильфона б при5водит к потере плавучести и сильфон . перемещается ко дну корпуса, вытесняя более теплый хладагент 2 в верхнюю часть корпусаи охлаждая при этом окружающий корпус массив грунта. В процессе теплообмена межд сильфоном 6 и охлаждаемым грунтом температура рабочего агента или металлического стержня лонижается, жидкая и твердая фаза рабочего аген та переходит в газовую, повышая при этом давление газа в сильфоне, а ме таллический стержень 8 удлиняется. Это приводит к растяжению стенок сильфона и увеличению его объема. Увеличение объема сильфона 6 повыша ет его плавучесть и сильфон всплыва ет в хладагенте 2 в верхнюю часть корпуса, вытесняя холодный хладаген из верхней части корпуса в нижнюю. Процесс перехода одной фазы рабочего агента в другую можно ускори разместив внутри сильфона.6 пластины 9, разделяющие полость сильфона на сообщающиеся между собой секции или же разместив над сильфоном сист му из сообщающихся между собой емкостей 10, которые сообщены также с сильфоном 6. Сообщение емкостей 10 сильфона 6 осуществляется с помощью теплоизолированного патрубка 11. При этом слой рабочего агента в жид кой или твердой фазе размещают на каждой пластине 9 или на дне каждой секции 10, в результате чего активная поверхность ;испарения или диссоциации рабочего агента и интенсив ность образования его газовой фазы увеличивается. Процесс перехода одной фазы рабо чего агента в другую можно ускорить разместив внутри сильфона 6 теплоизолированный стакан 12, заполнен.ный рабочим агентом. В стакан устанавливают радиатор-теплообменник 13 так, чтобы его нижний конец был размещен в стакане, и верхний был выведен из сильфона и размещался над ним На участке выхода из сильфона радиатор-теплообменник охвачен теплоизолирующей втулкой 14. Корпус 3 заполнен хладагентом 2 ниже верхнего торца теплоизоляционной втулки 14. В этом случае в начале зимнего периода при oxлakдeнии атмосферного .воздуха; до отрицательных температур газовая среда в корпусе 3, находя-., щаяся над поверхностью хладагента 2, охлаждается быстрее хладагента 2. Холод от газовой среды по теплообменнику 13 передается рабочему агенту 7, заполняющему теплоизолированный стакан 12. Рабочий агент 7 охлс1Ждается раньше хладагента. 2 и процесс перехода начальной жидкой или твердой фазы рабочего агента соответственно в газовую или жидкую . и газовую фазу ускоряется. Ускорение процесса перехода рабочего агента на одной фазе в другую увеличивает скорость перемещения сильфона и, следовательно, интенсивность перемещения хладагентам в корпусе. При выполнении устройства с емкостями 10 или теплоизолированным стаканом 12 и теплообменником 13 корпус может заполняться неполностью с наличием газовой среды в верхней части корпуса, а на торцс1х корпуса устанавливаются гравитационные или тепловые реле 15 и 16 (например на основе магнитов или биметаллических пластин), которые входят в регулируемой силы сцепления с верхней емкостью 10 или теплообменником 13 и с днищем сильфона 6.; Реле 15 удерживает систему емкостей 10 или теплообменник 13 в верхней части корпуса до необходимого уменьшения выталкивающей силы, действующей на сильфон 6 со стороны хла.дагнета 2 и после достижения выталкивающей силы определенной величины системы емкости - сильфон или теплообменник - сильфон выходят из сцепления с реле 10, перемещается вниз и входит в сцепление с реле 16 до тех пор, пока выталкивающая сила не увеличится на необходимую величину. При этом реле 15 и 16 ускоряют перемещение систем емкости-сильфон и теплообменник-сильфон. Таким образом, наличие вкорпусе сильфона, перемещающегося в хладагенте, позволяет увеличить интенсивность конвекции хладагента и тем самым увеличить период охлаждающего влияние устройства и повысить эффективность аккумуляции холода в основании сооружения. Формула изобретения 1. Устройство для аккумуляции холода в основании сооружений, включающее частично установленный в грунте и заполненный жидким хладагентом трубчатый корпус с днищем и крышкой и размещенное внутри корпуса приспособление для усиления циркуляции хладагента, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства, приспособление для усиления циркуяции хладагента выполнено в виде герметичной емкости с деформирующимия стенками, свободно погруженной в хладагент и .заполненной рабочим гентом в виде легкокипящей жидкоси или газового гидрата, или снабенной металлическим стержнем, онцы которого прикреплены к ее проиволежащим стенкам. 2. Устройство по П.1, отличащееся тем, что емкость с деормирующимися стенками, заполненная рабочим агентом, снабжена пластинами, разделяющими ее на секции, причем секции сообщены между собой, а рабочим агентом заполнена каждая секция.

3.Устройство по П.1, отличающееся тем, что оно снабжено емкостями с жесткими стенками, поярусно размаценными над емкостью с деформирующимися стенками, заполненной рабочим агентом, и сообщенными с ней и друг с другом посредством теплоизолированного патрубка, причем каждая емкость с жесткими стенками заполнена рабочим агентом.

4.Устройство по П.1, отличающееся тем, что оно снабжено теплоизолированным .стаканом, заполненным рабочим агентом, и теплообмеником с частично охватывающей его теплоизолирующей втулкой, причем

X

/1

теплоизолированный стакан установлен . в емкости с деформирующимися стенками , а теплообменник своим нижним концом размещен в стакане, верхним концом выведен за пределы емкости с деформирующимися стенками и охвачен теплоизолирующей втулкой на участке выхода из нее.

5. Устройство по пп, 3-4, отличающееся тем, что внутри корпуса к его крынке и днищу прикреплены гравитационные или тепловые реле.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Гапеев С.И. Укрепление мерзлых оснований охлаждением. Л. Стройиздат, 1969, с. 18-20.

2.Авторское свидетельство СССР . 720101, кл. Е 02 D 3/12, 1977. .

3.Авторское свидетельство СССР 0578401,кл.Е 02 D 3/12,1976 (прототип)

/7/, -. ::i //

i nA

-- -

/ V

//C6N //X V V X

ui.i

W

l

y/,,

IS

ФигМ

fj

W 12

.

,/

Put.S