BE672916A - - Google Patents

Description

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  "Installation remplie de liquide pour la réfrigération de terrains" 
La présente invention concerne d'une façon générale une installation remplie de liquide, utile pour le maintien à l'état congelé du sol entourant des empattements et des fondationsElle concerne plus particulièrement un appareil rempli de liquide, dans lequel une transmission de chaleur s'effectue avec l'air ambiant à partir du terrain ou sol environnant de façon que le sol reste à l'état congelé. 



   Jusqu'ici, on a rencontré de grandes difficultés en essayant d'ériger des constructions permanentes dans les régionsarctiques ou presquearctiques du monde à cause de 

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 la présence du pergélisol. Comme on le sait, cet état est très répandu dans ces régions, et il se traduit par la destruction partielle ou totale de nombreuses constructions importantes, en particulier lorsque le temps est anormalement chaud, pendant lequel le pergélisol commence à se dégeler. 



   Dans les régions où la couche du pergélisol est relativement mince, des pieux sont enfoncés dans le sol ferme se trouvant au-dessous, Cependant, cette solution n'est pas entièrement satisfaisante étant donné que dans certaines régions le pergélisol peut atteindre une profondeur de   300   mètres ou plus. Une autre méthode qui a été utilisée consiste à construire le bâtiment ou immeuble sur des soutènements en bois posés sur la toundra. Le fait de laisser la toundra intacte sur le pergélisol aide à empêcher son dégel mais évidemment, ce mode de construction n'est pas toujours pratique.

   Le procédé décrit ci-dessus peut   tre   utilisé efficacement pour de petites constructions, mais de grands bâtiments, des installations de radar, des tours de communication, etc, nécessitent des fondations beaucoup plus robustes et d'une façon générale profondément enfoncées. 



   La présente invention se propose en conséquence de fournir 1 - un appareil simple, relativement peu   coûteux    qui permet de construire de telles fondations par congélation permanente du sol ou du   pergélisol   dans lequel elles sont disposées ; - un appareil perfectionné qui nécessite peu ou pas de pièces mobiles, tout en permettant en même temps 

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 d'obtenir la congélation très efficace permanente de la zone du pergélisol entourant l'appareil ; - un appareil rempli de liquide perfectionné qui, lorsqu'il est enfoncé dans le sol en extrait la chaleur et la transmet à l'aide d'échangeurs de chaleur à l'air ambiant environnant de façon à maintenir le sol à l'état congelé d'une façon permanente. 



   D'une façon générale- la présente invention fournit un appareil perfectionné comprenant un moyen enfoncé dans le sol ou la zone du pergélisol de façon à en extraire la chaleur, un moyen pour transmettre la chaleur ainsi extraite à l'air ambiant, et un milieu de transmission de chaleur liquide remplissant ledit appareil. 



   D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une vue en partie en élévation et en partie en coupe transversale, d'un appareil construit suivant l'invention, représenté comme étant partiellement enfoncé dans le sol.ou le pergélisol ; la figure 2 est une coupe   transversale   d'une variante de l'appareil également construite suivant l'inven- . tion. 



   En se référant d'abord à la figure 1, l'appareil est représenté tel qu'il serait disposé pendant son fonc-   tionnemént   réel. 



   Un calorifugeage 12, qui peut être une matière artificielle ou la toundra naturelle, est réparti sur la surface entourant l'appareil pour empêcher une transmis- sion de chaleur entre le sol et l'air et pour aider à em- pêcher l'absorption directe de la chaleur par l'atmosphère. 

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   Une enveloppe creuse 14 est enfoncée dans le sol ou le pergélisol. L'enveloppe 14 est fermée à chaque extrémité et présente une conduite d'admission calorifugée 16 s'étendant à travers l'extrémité supérieure et se terminant au voisinage du fond de l'enveloppe 14. Une conduite d'admission calorifugée 18 reliée à la conduite d'admission 16 s'étend à travers la paroi latérale supérieure de l'enveloppe 14. Un bouchon ou chapeau 20 de conduite est représenté comme fermant l'extrémité libre de la conduite 18. La conduite 18 sert de raccord supplémentaire au cas où l'installation ne pourrait pas utiliser le raccord supérieur. Dans ce cas, l'extrémité supérieure de la conduite d'admission 16 pourrait être fermée. 



   Une conduite d'écoulement de retour 22 s'étend également à travers l'extrémité supérieure de l'enveloppe 14. La conduite 22 ne s'étend que sur une courte distance dans l'enveloppe 14. Une autre conduite de retour 24 est représentée comme s'étendant à travers la paroi latérale supérieure de l'enveloppe 14 et juste à l'intérieur. de celle-ci. L'extrémité libre de la conduite 24 présente un chapeau ou bouchon 26. Si cette autre conduite de retour 24 devait être utilisée, la conduite de retour 22 serait fermée et le branchement de retour serait effectué avec la conduite 24. 



   Un échangeur de chaleur 28 est relié à la conduite d'admission 16 et peut contenir un ou plusieurs éléments de transmission de chaleur 30 reliés entre eux par les conduites et raccords nécessaires. L'extrémité supérieure ou d'admission de l'échangeur de chaleur 28 est relié à une soupape de retenue 32. Cette dernière est constuite de fa- çon à ne laisser passer le fluide que dans le sens indiqué 

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 par la flèche tracée sur elle comme représenté sur la figure 1. Une soupape régulatrice ou d'étranglement 34 est reliée à la soupape de retenue 32 et est destinée à régler le volume du liquide la traversant. On doit souligner qu'on peut utiliser, si on le désire, une seule soupape combinant les caractéristiques aussi bien de la soupape de retenue 32 que de la soupape régulatrice 34. 



   La soupape 34 est reliée à une conduite 44 et à un réservoir de liquide 36 au moyen d'un raccord en T 42. 



  La conduite 44 est reliée à son extrémité inférieure avec la conduite de retour 22 qui, comme précédemment décrit, s'étend dans l'enveloppe 14. 



   Le réservoir 36 est destiné à contenir une partie du liquide de transmission de chaleur qui remplit l'appareil. 



  Un regard vitré 38 est prévu dans le réservoir de façon à pouvoir déterminer visuellement si l'appareil contient la quantité correcte de liquide. Un bouchon ou chapeau de remplissage 40 est prévu au sommet du réservoir 36 de façon à pouvoir ajouter du liquide dans l'appareil lorsque c'est nécessaire. 



   On a utilisé des liquides à bas point d'ébullition, comme certains liquides réfrigérants, ainsi que des liquides à point d'ébullition élevé comme l'éthylène-glycol ou des liquides à base d'éthylène glycol pour remplir l'installation. On a également utilisé de l'essence ordinaire avec succès dans l'installation. La différence principale constatée entre les liquides utilisés est le rendement de l'installation. 



   La forme de l'appareil représentée sur la figure 2 se prête à une technique de fabrication et de production simplifiée. Sur cette figure, on a représenté une enveloppe 

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 creuse 14a enfoncée dans le sol ou le pergélisol 10. A l'intérieur de 1-'enveloppe 14a est montée une pièce rappor- tée 46 qui comporte une conduite d'admission 16a et un mé- canisme de soupape 34a commandé par soufflet. La pièce rap- portée 46 est construite de préférence en une matière plas- tique qui fournit d'une façon inhérente le calorifugeage      voulu. Elle peut être construite en une autre matière appropriée quelconque, et on peut prévoir sur elle un calorifugeage séparé. 



   L'enveloppe 14a s'étend vers le haut à travers la toundra ou le calorifugeage artificiel 12. Sa partie supé- rieure, au-dessus de la pièce rapportée 46, sert d'échan- geur de chaleur avec l'atmosphère de la même façon que l'échangeur de chaleur 30 de la figure 1. 



   La pièce rapportée 46 comporte également un manchon 56 qui s'étend de haut en bas à partir de la soupape 34a concentriquement à l'intérieur de l'enveloppe 14a. Elle est construite de façon à fournir un calorifugeage entre l'enveloppe 14a et l'intérieur de celle-ci sur une lon- gueur suffisante de l'enveloppe 14a pour séparer la zone inférieure de transmission de chaleur au voisinage du sol de la zone supérieure de transmission de chaleur située au voisinage de l'atmosphère. 



   On prévoit une série de passages 58 à travers la pièce rapportée 46 pour permettre l'écoulement d'un fluide de la zone inférieure dans la zone supérieure. 



   La soupape 34a comprend un élément de soupape à bille 48 destiné à former un joint avec l'extrémité supé- rieure de la conduite d'admission 16a. L'élément de soupape 48 présente une tige 50 s'étendant vers le haut et reliée à un soufflet 52. Ce dernier est monté sur une traverse 54 

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 qui est reliée par chaque extrémité à l'intérieur de la pièce rapportée   46.   



   Les extrémités supérieure et inférieure de l'enveloppe 14a sont fermées. Un bouchon 40a est prévu de façon à pouvoir remplir l'installation ou à pouvoir remplacer le fluide en cas de perte fortuite de ce dernier. Comme cela a été le cas avec l'installation représentée sur la figure 1, cette installation est également remplie et de préférence hermétiquement fermée. Une installation entièrement remplie et hermétiquement fermée permet de mettre le fluide sous pression et fournit une élévation du point d'ébullition du fluide au cas où l'on utilise des fluides à bas point d'ébullition. 



   Le fonctionnement de l'appareil de l'invention est extrêmement simple. L'enveloppe   @   est enfoncée dans le pergélisol 10 au voisinage des fondations de l'immeuble ou autre construction. Après avoir disposé le calorifugeage 12 et après avoir rempli l'appareil de liquide, la chaleur provenant du sol 10 autour de l'enveloppe 14 est transmise au liquide. Lorsque la température du liquide augmente, un écoulement thermique du liquide commence. 



   Le liquide, qui est plus chaud et plus léger, commence à monter vers le sommet de l'enveloppe 14 et est remplacé par un liquide plus froid provenant de la conduite d'admission calorifugée 16. Le calorifugeage de la conduite d'admission 16 est prévu pour augmenter l'efficacité de l'installation en retardant la transmission de chaleur des liquides plus chauds contenus dans l'enveloppe 14 auxliquides froids contenus dans la conduite 16. 



   A mesure que l'écoulement thermique se poursuit, le liquide plus chaud s'écoule à travers la conduite de re- 

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 tour 22 dans la conduite 44, à travers la soupape régulatrice 34. Cette dernière est réglable de façon à pouvoir régler le volume du liquide qui s'écoule, en réglant ainsi le taux de refroidissement dans une certaine mesure. 



   A partir de la soupape régulatrice 34, le liquide s'écoule à travers la soupape de retenue 32 et dans l'échangeur de chaleur 20. La soupape de retenue 32 empêche qu'il puisse se produire un écoulement en sens inverse dans l'installation, étant donné que le liquide ne peut passer que dans un seul sens. 



   Dans l'échangeur de chaleur 28, le liquide plus chaud est mis en contact avec les zones très conductrices et de grande surface des éléments de transmission de chaleur 30. L'air froid entourant les éléments de transmission de chaleur 30 absorbe la chaleur du liquide plus chaud, en refroidissant ainsi le liquide. Le liquide, qui a été maintenant refroidi, est ramené dans l'enveloppe 14 par l'intermédiaire de la conduite d'admission 16. 



   Le fonctionnement de la variante de l'appareil représenté sur la figure 2 est aussi relativement simple. 



  Après avoir installé l'enveloppe 14a comme représenté, la chaleur du sol ou du pergélisol est transmise au fluide contenu dans la partie inférieure de l'enveloppe 14a. A mesure que la température du fluide augmente, le fluide commence à monter dans l'enveloppe 14a en passant par les passages 58 et dans la zone supérieure de l'enveloppe supérieure 14a. La chaleur du fluide est alors transmise à l'atmosphère à travers la paroi de l'enveloppe 14a. 



   Le volume du fluide s'écoulant dans l'installation est réglé par la position de l'élément de soupape 48 par rapport à la conduite d'admission 16a.   On   peut régler 

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 la position initiale de façon à veo obtenir un débit voulu dans une   cert.,ne   gamme de temerature. Le soufflet
52 peut être relié le façon à frme ou ouvrir l'élément de soupape 48 lors    ' une   augme tatolou d'une chute de la. température du flulie.

   En reliant)   '-'dément   de soupape 48 au sommet du soufflet 52, la ba du soufflet étant fixée à la traverse 54,   ;omme   repré rté sur la figure 2, on ob- tient un mouvementde   l'élé     @@ de   soupape 48 à l'écart de la conduite   dadmissio'   6a à mesure que l'atmosphère entourant le souiflet d ent Plus chaude. Le soufflet 52 se déploie long tudine ment pour déplacer l'élément de sou- pape en raison de la tatation d'un fluide thermosensible contenu dans   @@  sout let 52.

   Lorsque la soupape 34a est installée dan ppareil de cette façon, on obtient un plus grand d et ainsi an taux supérieur de transmission de chaleur des températures relativement plus chaudes du fluide d la partie supérieure de l'enveloppe 14a, de sorte   (.'on   peut tirer un profit maximum de la transmis- sion chaleur minimum dans la zone supérieure. 



   Le fluide froid contenu dans la partie supérieure deenveloppe supérieure 14a s'écoule alors de haut en   @   à travers la conduite d'admission calorifugée 16a jusqu'en un point situé près de la base de l'enveloppe 14a, en complétant ainsi le cycle de réfrigération. 



   D'après oe qui précède  il ressort que l'appareil construit suivant la présente invention est nouveau, très sûr, et relativement peu coûteux à fabriquer et à faire fonctionner. 



   Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et représentées et est sus- ceptible de recevoir diverses variantes rentrant dans le cadre et l'esprit de l'invention.

Claims (1)

1. RESUME Installation de réfrigération remplie de liquide, caractérisée par les points suivants séparément ou en combinaisons : 1) Elle comprend un premier échangeur de chaleur destiné à être disposé dans un milieu relativement chaud, un second échangeur de chaleur disposé relativement audessus du premier échangeur de chaleur et destiné à être situé dans un milieu relativement froid, un moyen reliant la sortie du premier échangeur de chaleur à l'entrée du second échangeur de chaleur, ledit moyen comportant une soupape destinée à régler l'écoulement du liquide, et un moyen relié à la sortie du second échangeur de chaleur s'étendant à l'intérieur du premier échangeur de chaleur sur une partie importante de sa longueur.

   2) Ladite installation comprend un premier échangeur de chaleur destiné à être disposé dans un milieu relativement chaud et présentant un corps allongé creux fermé à chaque extrémité, une conduite communiquant avec lui et s'étendant à partir du corps, une conduite calorifugée passant à travers une partie du premier échangeur de chaleur et s'étendant dans ce dernier sur une partie importante de sa longueur, un second échangeur de chaleur disposé au-dessus du premier et destiné à être monté dans un milieu relativement froid) ledit échangeur de chaleur présentant une entrée et une sortit) une première conduite reliant la sortie du second échangeur de chaleur à la conduite calorifugée, une seconde conduite reliant l'entrée du second échangeur de chaleur à ladite conduite,un fluide remplissant sensiblement l'appareil,

   et une soupape située dans l'une des conduites pour régler le débit du <Desc/Clms Page number 11> fluide à travers l'appareil, ledit débit résultant unique- ment de la différence de température entre les prenier et second échangeurs de chaleur.

   3) La soupape est prévue dans la première con- duite et comporte un moyen de commande destiné à régler le volume du fluide s'écoulant à travers elle, une soupape unidirectionnelle étant destinée à permettre l'écoulement du liquide à travers la conduite vers le second échangeur de chaleur, tout en empêchant l'écoulement du liquide dans le sens opposé.

   4) Ladite installation comprend un élément allongé creux ayant des extrémités supérieure et inférieure fermées, un fluide remplissant sensiblement ledit élément, un élé- ment rapporté destiné à être déposé à l'intérieur de l'élé- ment allongé creux à distance de chaque extrémité, l'élé- ment rapporté présentant un calorifugeage périphérique en forme de manchon dont la partie externe est au voisinage de l'intérieur de l'élément allongé creux et s'étend le long d'une partie de la longueur dudit élément creux, les extré- mités de la partie en forme de manchon étant espacées des extrémités de l'élément allongé creux pour lairser à l'état non calorifugé des espaces au voisinage de ses extrémités,

   une partie en forme de tube présentant un moins grand dia- mètre que la partie en forme de manchon et s'étendant jus- qu'en un point situé au voisinage de l'extrémité inférieure fermée, un moyen reliant la partie en forme de manchon et la partie en forme de tube, ledit moyen présentant un pas- sage, et une soupape dans ledit passage pour régler le dé- bit du fluide à travers la partie en forme de tube, l'écou- lement du fluide ne résultant que de la différence de tem- pérature existant dans les espaces non calorifugés au voisi- <Desc/Clms Page number 12> nage des extrémités supérieure et inférieure de l'élément allongé creux.

   5) La soupape présente un soufflet relié à un élément de soupape, et l'agencement et la construction sont tels qu'un changement de la dimension du soufflet en réponse à des changements de température du fluide déplace l'élément de soupape en direction ou à l'écart de la partie en forme de tube pour régler le débit du fluide, ce dernier ne résultant que de la différence de température existant entre les espaces non calorifugés au voisinage des extrémités de l'élément allongé creux.

   6) Pour congeler ou maintenir le sol à l'état congelé, ladite installation comprend un élément allongé creux présentant des extrémités supérieure et inférieure formées destinées à être mises dans le sol de façon que l'extrémité supérieure s'étende au-dessus de la surface du sol, un fluide remplissant sensiblement:

   l'élément allongé, un manchon de calorifugeage monté dans l'élément allongé et s'étendant généralement d'un point correspondant à la surface du sol jusqu'à un endroit espacé de l'extrémité inférieure fermée de l'élément allongé, un élément en forme de tube monté dans l'élément allongé et s'étendant axialement à travers ledit manchon, ce dernier et l'élément en forme de tube coopérant pour former un espace annulaire sensiblement ininterrompu, une soupape thermosensible dans l'élément allongé et monté pour régler le débit du fluide à travers l'élément en forme de tube, ladite soupape étant sensiblement à la température du fluide contenu dans l'élément allongé,

   l'écoulement du fluide ne résultant que d'une différence de température existant dans le fluide contenu dans l'élément allongé entre l'extrémité s'étendant au-dessus de <Desc/Clms Page number 13> la surface du sol et l'extrémité inférieure fermée située dans le sol.

   7) L'élément en forme de tube est calorifuge pour retarder la transmission de chaleur entre l'espace annulaire et l'intérieur de l'élément en forme de tube.

   8) L'élément en forme de tube présente une extrémité supérieure en forme de tronc de cône renversé qui forme un siège de soupape.

   9) Ladite installation comprend un soufflet contenant un fluide thermosensible, le soufflet étant relié à l'élément en forme de tube, et une soupape reliée au soufflet et mobile avec lui en direction et à l'écart du siège de soupape en réponse au changement de température du fluide entourant le soufflet.