RU2164274C2

RU2164274C2 - Thermal device for cooling and freezing of soil

Info

Publication number: RU2164274C2
Application number: RU98101547/03A
Authority: RU
Inventors: Г.И. Шемелин; згин А.Л. Л; А.Л. Лязгин; сан Р.М. Ба; Р.М. Баясан; С.В. Остробородов; К.П. Шевцов; Г.П. Пустовойт; А.Д. Лобанов
Original assignee: Шемелин Геннадий Иванович; Лязгин Анатолий Леонидович; Баясан Рефик Мамедович; Остробородов Сергей Васильевич; Шевцов Константин Павлович; Пустовойт Григорий Петрович; Лобанов Анатолий Дмитриевич
Priority date: 1998-01-27
Filing date: 1998-01-27
Publication date: 2001-03-20

Abstract

FIELD: construction engineering. SUBSTANCE: device used for thermal stabilization of earth at foundation foot of buildings and structures being erected in areas of seasonal and eternal frost has soil and air heat exchangers, heating conduit connecting them and made in the form of soft corrugated hose. Novelty is that device is provided with heat accumulator made in the form of tube enveloping air heat exchanger with gap filled with antifreeze. Heating conduit is provided with nipple joined through its bottom end to soil heat exchanger and through its top end, to bottom tube end of heat accumulator. Soft hose is fastened to bottom end of air heat exchanger through its top end and to internal surface of nipple through bottom one below level of seasonal frosting and defrosting of earth for relative axial displacement together with air heat exchanger. EFFECT: improved operating efficiency of device within passive period due to maintaining cryologic proprieties of foot soil acquired during active period. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к строительству, в частности к устройствам, используемым при термомелиорации грунтов основания фундаментов сооружений, возводимых в районах распространения вечной и сезонной мерзлоты. The invention relates to the construction, in particular, to devices used in the field of soil reclamation, foundations of foundations of structures erected in areas of permafrost and seasonal permafrost.

Наиболее близким к изобретению по решаемой задаче и достигаемому результату является устройство для охлаждения и замораживания грунта, включающее грунтовый и воздушный теплообменники и соединительный теплопровод в виде мягкого гофрированного рукава (см. RU, заявка 95106005/03, кл. E 02 D 3/115, 27.01.97). Это известное решение как наиболее близкое принято за прототип. The closest to the invention in terms of the problem to be achieved and the result achieved is a device for cooling and freezing soil, including soil and air heat exchangers and a connecting heat pipe in the form of a soft corrugated sleeve (see RU, application 95106005/03, class E 02 D 3/115, 01/27/97). This known solution as the closest is taken as a prototype.

Недостатком известной конструкции является отсутствие возможности сохранения и стабилизации приобретенных за активный (зимний) период криологических свойств охлажденных грунтов основания фундамента в течение последующего пассивного (летнего) периода. A disadvantage of the known design is the inability to preserve and stabilize the cryological properties of the chilled soils of the foundation foundation acquired during the active (winter) period during the subsequent passive (summer) period.

Задачей изобретения является повышение эффективности действия термоустройства в течение пассивного периода путем обеспечения возможности сохранения криологических свойств основания, сообщенных им за активный период. The objective of the invention is to increase the efficiency of thermal devices during the passive period by providing the ability to maintain the cryological properties of the base, reported to him for the active period.

Задача решается за счет того, что устройство для охлаждения и замораживания грунта, включающее грунтовый и воздушный теплообменники и соединительный теплопровод в виде мягкого гофрированного рукава, снабжено термоаккумулятором в виде объемлющей воздушный теплообменник с зазором, заполненным антифризом, трубы, а соединительный теплопровод снабжен патрубком, присоединенным нижним торцом к грунтовому теплообменнику, а верхним - к нижнему торцу трубы термоаккумулятора, причем мягкий рукав прикреплен верхним концом к нижнему торцу воздушного теплообменника, а нижним - к внутренней поверхности патрубка ниже уровня сезонного промерзания и оттаивания грунта с возможностью относительного осевого перемещения совместно с воздушным теплообменником. При этом труба термоаккумулятора и патрубок соединительного теплопровода могут быть выполнены в виде единого элемента. The problem is solved due to the fact that the device for cooling and freezing the soil, including soil and air heat exchangers and a connecting heat pipe in the form of a soft corrugated sleeve, is equipped with a thermal accumulator in the form of an enclosing air heat exchanger with a gap filled with antifreeze pipes, and the connecting heat pipe is equipped with a pipe connected the lower end to the soil heat exchanger, and the upper end to the lower end of the heat accumulator tube, and the soft sleeve is attached with the upper end to the lower end of the air Nogo heat exchanger and the bottom - to the inner surface of the pipe below the seasonal freezing and thawing of the soil with the possibility of relative axial movement, together with the air heat exchanger. In this case, the accumulator tube and the connecting pipe of the heat pipe can be made in the form of a single element.

Технический результат, обеспечиваемый за счет указанного сочетания конструктивных признаков, состоит в повышении эффективности действия термоустройства в течение пассивного периода путем обеспечения возможности сохранения криологических свойств грунтов основания, приобретенных ими за активный период. The technical result provided by the specified combination of design features consists in increasing the efficiency of the thermal device during the passive period by providing the ability to maintain the cryological properties of the base soils acquired by them for the active period.

На фиг. 1 изображен общий вид термоустройства в рабочем положении, соответствующем активному периоду, а на фиг. 2 - в законсервированном положении, соответствующем пассивному периоду. In FIG. 1 shows a general view of the thermal device in the operating position corresponding to the active period, and in FIG. 2 - in the preserved position corresponding to the passive period.

Термоустройство содержит воздушный теплообменник 1, мягкий гофрированный рукав 2, соединительный теплопровод 3, грунтовый теплообменник 4, термоаккумулятор 5, ограничитель перемещения воздушного теплообменника 6. Нижний торец мягкого гофрированного рукава прикреплен к внутренней поверхности корпуса соединительного теплопровода, а верхний - к нижнему торцу воздушного теплообменника. The temperature device includes an air heat exchanger 1, a soft corrugated sleeve 2, a connecting heat pipe 3, a ground heat exchanger 4, a heat accumulator 5, an air heat exchanger 6 travel limiter. The lower end of the soft corrugated sleeve is attached to the inner surface of the connecting heat pipe body, and the upper end to the lower end of the air heat exchanger.

Термоустройство устанавливают в предварительно пробуренную скважину, воздушный теплообменник 1 выдвигают из корпуса устройства и фиксируют в выдвинутом положении (фиг. 1). В этом положении теплообмен осуществляется в активный период между охлаждаемым грунтовым основанием и внешней средой. При этом температура антифриза, заполняющего полость термоаккумулятора, также понижается. По окончании активного периода воздушный теплообменник 1 вдвигают внутрь корпуса термоустройства и оставляют в таком положении (фиг. 2) в течение всего пассивного периода. В этом положении теплообмен осуществляется между грунтовым основанием и сезонно-мерзлым слоем грунта через термоаккумулятор. Таким образом, вместо растепления мерзлого грунтового основания за счет переноса тепла из внешней среды через корпус термоустройства в пассивный период будет осуществляться дальнейшее охлаждение грунтов основания за счет использования запасов холода, накопленных сезонно-мерзлым слоем грунта и термоаккулятором за активный период. При этом теплообмен происходит только в пределах грунтовой толщи при полной термоизоляции от внешней среды, что существенно повышает эффективность работы устройства за счет исключения утечек и потерь в процессе теплообмена. The thermal arrangement is installed in a pre-drilled well, the air heat exchanger 1 is pulled out of the device body and fixed in the extended position (Fig. 1). In this position, heat exchange is carried out in the active period between the cooled soil base and the external environment. In this case, the temperature of the antifreeze filling the cavity of the thermal accumulator also decreases. At the end of the active period, the air heat exchanger 1 is pushed into the housing of the thermal device and left in this position (Fig. 2) throughout the passive period. In this position, heat exchange is carried out between the soil base and the seasonally frozen soil layer through a thermal accumulator. Thus, instead of thawing the frozen ground base due to heat transfer from the external environment through the thermal device casing in the passive period, further cooling of the base soil will be carried out through the use of cold reserves accumulated by the seasonally frozen soil layer and thermal calculator over the active period. In this case, heat transfer occurs only within the soil stratum with complete thermal insulation from the external environment, which significantly increases the efficiency of the device by eliminating leaks and losses during the heat transfer.

Описанная конструкция термоустройства обеспечивает продление рабочего периода действия термоустройства после повышения температуры воздуха за счет использования холода, накопленного сезоннопромерзающим слоем грунта и термоаккумулятором, а также уменьшение теплопереноса в охлаждаемое грунтовое основание через корпус воздушного теплообменника в летний период за счет предотвращения его нагревания путем заглубления ниже уровня поверхности грунта. The described design of the thermal device ensures the extension of the operating period of the thermal device after an increase in air temperature due to the use of cold accumulated by a seasonally freezing soil layer and a thermal accumulator, as well as a decrease in heat transfer to the cooled soil base through the air heat exchanger body in the summer due to the prevention of its heating by deepening below the surface level soil.

Предложенная конструкция термоустройстава может быть эффективно использована при возведении различных сооружений, в частности опор линий электропередачи в северных районах с сохранением природного состояния мерзлых грунтов. The proposed design of the thermal device can be effectively used in the construction of various structures, in particular, power transmission towers in the northern regions, while maintaining the natural state of frozen soils.

Claims

1. A device for cooling and freezing soil, including soil and air heat exchangers and a connecting heat pipe in the form of a soft corrugated sleeve, characterized in that the device is equipped with a thermal accumulator in the form of an enclosing air heat exchanger with a gap filled with antifreeze pipes, and the connecting heat pipe is equipped with a pipe connected the lower end to the soil heat exchanger, and the upper end to the lower end of the heat accumulator tube, and the soft sleeve is attached with the upper end to the lower end of the air ear heat exchanger, and lower - to the inner surface of the pipe below the level of seasonal freezing and thawing of the soil with the possibility of relative axial movement together with the air heat exchanger.

2. The device according to claim 1, characterized in that the thermal accumulator tube and the connecting heat pipe are made in the form of a single element.