Устройство для охлаждения грунта

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ГРУНТА(71) Заявитель Учреждение образования Брестский государственный технический университет(72) Авторы Чернюк Владимир Петрович Тимошук Наталья Александровна(73) Патентообладатель Учреждение образования Брестский государственный технический университет(57) Устройство для охлаждения грунта, включающее частично погруженный в грунт и заполненный хладоносителем однотрубный металлический корпус, внутри которого в слое сезонного промерзания-оттаивания грунта установлена струенаправляющая перегородка из теплоизоляционного материала, отличающееся тем, что струенаправляющая перегородка выполнена в виде воронки с ориентированными вверх цилиндрической и вниз конической частями, причем коническая часть снабжена сквозными отверстиями, суммарная площадь которых равна площади поперечного сечения цилиндрической части.(56) 1. Гапеев С.И. Укрепление мерзлых оснований охлаждением. - Л. Стройиздат, 1984. С. 21-24, рис. 3-6 (аналог). 2. Гапеев С.И. Укрепление мерзлых оснований охлаждением. - Л. Стройиздат, 1984. С. 24-27, рис. 7, 8 (аналог). 3. Патент РБ на изобретение 8217, МПК 02 3/115, 2005 (прототип). Полезная модель относится к области строительства, преимущественно в условиях распространения слабых, болотистых, мерзлых, сезонно- и вечно-мерзлых грунтов, и может быть использована в свайном фундаментостроении для закрепления грунтов замораживанием, в промышленном и гражданском строительстве при возведении различного рода объектов, преимущественно в северной строительно-климатической зоне. Известно устройство для охлаждения грунта, включающее частично погруженный в грунт и заполненный хладоносителем однотрубный металлический корпус 1. Работоспособность данного устройства обеспечивается только в зимнее время при отрицательных температурах наружного воздуха, летом устройство свою работу автоматически прекращает. Недостатками такого устройства являются невысокая холодопроизводительность зимой из-за возможности смешивания холодного и теплого потоков хладоносителя растопляемость грунта летом из-за наличия обратного летнего теплопотока в грунт. Достоинства состоят в простоте и минимальной металлоемкости конструкции. Известно также устройство для замораживаний грунта, содержащее частично погруженный в грунт и заполненный хладоносителем металлический корпус, причем последний выполнен двухтрубным 2. При высокой холодопроизводительности зимой недостатками известного устройства являются высокая металлоемкость изделия из-за наличия двух труб возможность значительного растопляющего воздействия на грунт летом из-за обратного теплопотока хладоносителя в трубах за счет естественной конвекции. Наиболее близким к заявленному является устройство для охлаждения грунта, включающее частично погруженный в грунт и заполненный хладоносителем однотрубный металлический корпус, внутри которого в слое сезонного промерзания-оттаивания грунта установлена струенаправляющая перегородка из теплоизоляционного материала 3. Недостатками этого устройства являются сложность конструкции и повышенная материалоемкость изделия, меньшая, чем у заявляемого объекта, холодопроизводительность зимой. Задачей настоящей разработки является устранение указанных недостатков, а именно упрощение и снижение материалоемкости конструкции, повышение ее холодопроизводительности зимой. Поставленные задачи решаются тем, что в известном устройстве для охлаждения грунта, содержащем частично погруженный в грунт и заполненный хладоносителем однотрубный металлический корпус, внутри которого в слое сезонного промерзания-оттаивания грунта установлена струенаправляющая перегородка из теплоизоляционного материала, струенаправляющая перегородка выполнена в виде воронки с ориентированными вверх цилиндрической и вниз конической частями, причем коническая часть снабжена сквозными отверстиями, суммарная площадь которых равна площади поперечного сечения цилиндрической части. Отличительные признаки заявляемого устройства - струенаправляющая перегородка выполнена в виде воронки воронка ориентирована вверх цилиндрической частью, вниз 2 65632010.10.30 конической коническая часть снабжена сквозными отверстиями суммарная площадь сквозных отверстий равна площади поперечного сечения цилиндрической части. Конструкция устройства несколько проще и менее материалоемка, чем конструкция прототипа, так как конструкция струенаправляющей перегородки в виде воронки более проще и менее материалоемка, чем она же в виде перегородки с двумя патрубками. Кроме того, гидравлическое сопротивление воронки меньше, чем двух патрубков, и нет зоны застаивания хладоносителя, что вместе взятое улучшает условия прохождения хладоносителя в устройстве. Работоспособность устройства заключается в том, что однотрубный корпус зимой работает как холодопроизводительная двухтрубная установка, а летом - как однотрубная,позволяющая практически исключить обратный тепло-поток в грунт. Таким образом, наличие указанных отличительных признаков, технико-экономические преимущества и работоспособность устройства позволяют считать их новыми, существенными и достаточными для признания устройства полезной моделью. Сравнение заявляемого объекта с другими техническими решениями в данной отрасли строительства не позволило выявить в них признаки, дискредитирующие новизну технического решения. Сущность заявляемого устройства поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена конструкция устройства, продольный разрез на фиг. 2 - то же, разрез А-А на фиг. 1. Обозначения 1 - однотрубный корпус 2 - хладоноситель 3 - струенаправляющая перегородка 4 - цилиндрическая часть 5 - коническая часть 6 - сквозные отверстия. Устройство состоит из частично погруженного в грунт одним концом однотрубного металлического корпуса 1, заполненного хладоносителем (керосином) 2. Внутри корпуса 1 в пределах слоя сезонного промерзания-оттаивания грунта установлена струенаправляющая перегородка 3 из теплоизоляционного материала - пластмассы (фиг. 1). Перегородка 3 выполнена в виде воронки с ориентированными вверх цилиндрической 4 и вниз конической 5 частями. Коническая часть 5 снабжена сквозными отверстиями 6, суммарная площадь которых равна площади поперечного сечения цилиндрической части 4(фиг. 2). Устройство работает следующим образом. Зимой (при отрицательных температурах наружного воздуха) хладоноситель 2 (керосин) интенсивно охлаждается в надземной части корпуса 1. При этом он уменьшается в объеме, повышая свою плотность, и через сквозные отверстия в конической части 5 воронки перетекает в подземную часть корпуса 1, охлаждая и замораживая окружающий грунт. В подземной части корпуса 1 керосин 2 нагревается, уменьшая свою плотность, перетекает через цилиндрическую часть 4 по центру корпуса 1 в надземную часть, где цикл охлаждения-нагревания хладоносителя 2 повторяется. Процесс длится непрерывно вплоть до наступления положительных температур наружного воздуха. Так как струенаправляющая перегородка 3 изготовлена в виде воронки с цилиндрической 4 и конической 5 частями из теплоизоляционного материала (пластмассы), то смешивания потоков холодного и теплого хладоносителя 2 не происходит,теплопередачи и застоя тоже, так как нижняя часть 5 воронки коническая. В летний период времени (при температурах наружного воздуха выше 0 С) установка свою работу автоматически прекращает, так как более теплый и легкий хладоноситель 2 остается в надземной части корпуса 1. При этом практически никакого обратного теплопотока в грунт не происходит, и грунт не растопляется. Достоинствами предлагаемого устройства для охлаждения грунта являются высокая холодопроизводительность зимой (как в двухтрубной установке), мизерная растепляемость грунта летом (как в однотрубной установке), отсутствие смешивания потоков холодного и теплого хладоносителя (ввиду наличия струенаправляющей перегородки),простота конструкции и незначительная материалоемкость (по сравнению с прототипом),надежность в эксплуатации. Подобные решения авторам не известны. 3 65632010.10.30 Конкретный размер экономического эффекта в денежном выражении трудно поддается исчислению из-за большого числа влияющих факторов, однако он вполне достоверен. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4