-
-
Vorrichtung zum Bodengefrieren
-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bodengefrieren unter
Verwendung von KUhlgasen mit mindestens einem in den zu gefrierenden Boden niederzubringenden
unten und oben verschlossenen Gefrierrohr, in dem ein unten offenes, am oberen Ende
an eine KUhlgaszuleitung angeschlossenes Fallrohr angeordnet ist.
-
Eine aus der DT-OS 21 56 420 bekannte Vorrichtung dieser Art zeigt
eine Vielzahl von in den zu verfestigenden Boden niedergebrachten Gefrierrohren,
in denen jeweils ein sich im wesentlichen Uber deren gesamte Länge erstreckendes,
am oberen Ende Uber das jeweilige Gefrierrohr hinausragende Fallrohr angeordnet
ist. Dabei
ist das Fallrohr des ersten Gefrierrohres an eine Quelle
fUr flUssigen Stickstoff angeschlossen, während das Fallrohr des zweiten Gefrierrohres
mit dem oberen Ende des ersten Gefrierrohres, das Fallrohr des dritten Gefrierrohres
mit dem oberen Ende des zweiten Gefrierrohres usw. in Verbindung steht. Auf diese
Weise ergibt sich eine Vielzahl von in Serie verbundenen Gefrierrohren,die eine
weitgehende Ausnutzung der vorhandenen Kälteenergie des flüssigen Stickstoffs ermöglichen
und deren Einsatz ein gleichmäßiges Bodengefrieren auf ihrer ganzen Ldnge erlaubt.
-
In manchen Fällen ist es jedoch nur erforderlich, tiefer liegende
Bodenschichten zu vereisen, während eine Frostung der darüber befindlichen Bodenschichten
unerwUnscht ist und nur den Energiebedarf erhöht. Beispielsweise ist es beim Vortreiben
eines Tunnelstollens oft nicht möglich, Gefrierrohre vor Ort horizontal zu setzen,
so daß von der Oberfläche her eine Bodenvereisung mit vertikal niederzubringenden
Gefrierrohren dur¢hgefUhrt werden muß. Die Anwendung der bekannten Vorrichtung fUr
diese Aufgabe wUrde aber eine Frostung des Bodens auf der ganzen Länge der Gefrierrohre
ergeben, wobei der Energiebedarf unnötig hoch ist und ein wirtschaftlicher Einsatz
des flüssigen Stiokstoffs nicht gegeben ist.
-
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zum Bodengefrieren der eingangs beschriebenen Art zu entwickeln, die mit geringem
technischen Aufwand die Frostung tiefer Bodenschichten ohne die Vereisung höher
gelegener Bodenschichten ermöglicht und einen wirtschaftlichen Einsatz von KUhlgasen
gewährleistet.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäßdadurch gelöst, daß im oberen Bereich
des Gefrierrohres ein das Fallrohr umschließendes Steigrohr angeordnet ist.
-
Durch die Anordnung eines das Fallrohr umschließenden Steigrohres,
mit dem das KUhlgas aus dem Gefrierrohr abgezogen werden kann, wird im Bereich des
Steigrohres das Gefrierrohr nur unwesentlich von kaltem Gas durchströmt und der
Wärmedbergang zwischen KUhlgas und Boden durch die Wand des Gefrierrohres auf ein
Minimum beschränkt. Denn nach dem Einleiten des KUhlgases, beispielsweise von flUssigem
Stickstoff, Uber das Fallrohr in das Gefrierrohr, steigt das KUhlgas in dem zunächst
vom Fallrohr und Gefrierrohr gebildeten Ringraum nach oben, wobei durch die Wand
des Gefrierrohres ein Wärmetausch zwischen KUhlgas und zu gefrierendem Boden stattfindet.
Das KUhlgas sammelt sich dann im Ringraum zwischen Steigrohr und Gefrierrohr, aus
dem ein Entweichen nach oben durch die oben geschlossene Ausführung des
Gefrierrohres
nicht möglich ist. Ist dieser Ringraum mit einem durch den stattgefundenen Wärmetausch
erwärmten Gaspolster ausgefUllt, strömt aus dem Fallrohr nachfolgendes Kühlgas weitgehend
direkt Uber das Steigrohr aus dem Gefrierrohr ab.
-
Die Länge des Steigrohres nach unten richtet sich dabei vorteilhafterweise
nach der gewünschten oberen Frostgrenze im Boden, wobei das untere Ende des Steigrohres
etwa mit der oberen Frostgrenze des Bodens zusammenfallen soll. Ist die Länge des
Steigrohres durch dessen axiales Verschieben nach oben und nach unten variabel,
kann die Vorrichtung verschiedenen, sich aus der Beschaffenheit des jeweiligen zu
gefrierenden Bodens ergebenden Höhenlagen der obs en Frostgrenze angepaßt werden.
-
Um außerdem eine zusätzliche Verminderung des KSlteenergieverlustes
des KUhlgases zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn das Gefrierrohr im Bereich
der Länge des Steigrohres eine geringe Wärmedurchgangszahl aufweist. Dazu ist es
besonders zweckmäßig, das Gefrierrohr zweigeteilt auszuführen und im Bereich der
Länge des Steigrohres ein Gefrierrohr z.B. aus Kunststoff und im unteren Teil, im
Bereich des gewUnschten Frostkörpers ein Gefrierrohr z.B. aus gut wärmeleitendem
Metall ein zusetzen.
-
Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung
besteht auch das Fallrohr und das Steigrohr aus Kunststoff, beispielsweise aus Polyamid-weich.
Dadurch werden zum einen die Kälteenergieverluste des in dem Fallrohr nach unten
geleiteten KUhlgases vermindert, da dann ein Wärme-Ubergang durch die Wand des Fallrohres
mit dem im Gefrierrohr nach oben aufsteigenden, durch Wärmetausch mit dem Boden
erwSrmten KUhigas beschränkt wird. Zum anderen werden Kälteenergieverluste des durch
das Steigrohr abziehenden KUhlgases an das in dem Ringraum zwischen Steigrohr und
Gefrierrohr vorhandene Gaspolster weitgehend vermieden.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in einer Figur
schematisch dargestellten AusfUhrungsbeispiels beschrieben.
-
In der Figur ist mit 1 ein Sollfrostkörper (Umrisse gestrichelt gezeichnet)
in einem nur in der Tiefe zu gefrierenden Baugrund 3 bezeichnet, der mit Hilfe eines
vertikalen, von der Oberfläche des Baugrundes 3 fast bis zur Untergrenze des Sollfrostkörpers
1 niedergebrachten Gefrierrohres 4 vereist werden soll.
-
Dazu ist in dem Gefrierrohr 4 ein Fallrohr 6 fur KUhlgase angeordnet,
das stoh Ufer die ganze Länge des Gefrierrohres
4 fast bis zu dessen
Boden erstreckt und unten ofen ist. Desweiteren ist in das Gerrierrohr 4 ein das
Fallrohr 6 umschließendes Steigrohr 8 fUr Kilhlgase eingesetzt, dessen Länge nach
unten von der oberen Frostgrenze des Sollfrostkörpers 1 bestimmt ist.
-
Nach oben ragt einerseits das Steigrohr 8 aus dem Gefrierrohr 4 und
andererseits das Fallrohr 6 aus dem Steigrohr 8 heraus, wobei das Fallrohr 6 an
eine KUhlgaszuleitung 7 und das Steigrohr 8 an eine Auslaßleitung 10 angeschlossen
ist. Sowohl das Gefrierrohr 4 als auch das Steigrohr 8 sind oben jeweils mit einem
Deckel 5, 9 der eine entsprechende Bohrung für das Steigrohr 8 bzw. das Fallrohr
6 aufweist, gasdicht verschlossen.
-
Aufgrund dieser Anordnung der Vorrichtung sammelt sich das in das
Gefrierrohr 4 Uber die KUhlgaszuleitung 7 und das Fallrohr 6 eingeleitete KUhlgas,
beispielsweise flUssiger Stickstoff, in dem zwischen Steigrohr 8 und Oefrierrohr
4 vorhandenen Ringraum und bildet dort ein Gaspolster. Aus dem Fallrohr 6 nachströmendes
KUhlgas entweicht dann Uber das Steigrohr 8 und die Auslaßleitung 10, wodurch der
WKrmeUbergang zwischen KUhlgas und Boden im Bereich des Steigrohres 8 wesentlich
vermindert ist.
-
Eine weitere Reduzierung dieses WdrmeUbergangs kann außerdem dadurch
erreicht werden, daß das Gefrierrohr 4 oberhalb des Sollrrostkörpers 1 und das Steigrohr
8 sowie das Fallrohr 6 auf der
ganzen Lunge aus Kunststorr besteht.
Damit stellt sich letzten Endes ein in der Figur mit 2 bezeichneter Istfrostkörper
(Umrisse strichpunktiert gezeichnet) in dem Baugrund 3 rings um das Gefrierrohr
4 ein, der im Bereich der Länge des Steigrohres 4 nur einen geringfügig größeren
Durchmesser als das Gefrierrohr 4 aufweist.
-
Selbstverständlich können fUr die Herstellung eines Frostkörpers
bestimmter Ausdehnungen mehrere solcher Gefrierrohre nebeneinander gesetzt werden.
Die KUhlgaszuleitung in das Fallrohr des ersten Gefrierrohres kann dann mit einem
Vorratstank für flUssiges KUhlgas und die KUhlgaszuleitung in das Fallrohr des zweiten
Gefrierrohres mit der Auslaßleitung des Steigrohres des ersten Gefrierrohres in
Verbindung stehen. Vor allem bei solchen Reihsnschaltungen kann selbstverständlich
auch durch Xndern der jeweiligen Anschlüsse das Steigrohr als Fallrohr und das Fallrohr
als Steigrohr benutzt werden, falls dies als zweckmäßig erachtet wird.
-
L e e r s e i t e