Термосвая

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(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) Термосвая, включающая частично погруженный в грунт трубчатый корпус, заполненный жидким хладоносителем, например керосином, и холодоаккумулирующим веществом, отличающаяся тем, что холодоаккумулирующее вещество размещено в хладоносителе от слоя сезонного оттаивания-промерзания грунта до дна корпуса и выполнено из округлых тел размером 0,6-0,9 внутреннего диаметра корпуса в виде гальки либо гравия из базальта или гранита.(56) 1. Гапеев С.И. Укрепление мерзлых оснований охлаждением. - Л. Стройиздат. 1984. С. 21-24, рис. 6 (аналог). 2. Патент РБ на полезную модель 2496, МПК 02 3/12, 2005 (прототип). Полезная модель относится к области строительства, преимущественно в районах с низкими отрицательными температурами наружного воздуха, в условиях распространения слабых пластично-, сезонно- и вечномерзлых грунтов, и касается выполнения устройств для замораживания и охлаждения грунтов и аккумуляции холода в нем. Известна термосвая (охлаждающая установка, термотруба, устройство для замораживания грунта, аккумуляции холода и т.д.), содержащая частично погруженный в грунт трубчатый корпус, заполненный жидким хладоносителем, например керосином 1. Недостатками данной термосваи являются низкая холодопроизводительность и аккумулирующая холод способность зимой из-за слабой циркуляции керосина в корпусе перемешивания холодного и теплого потоков хладоносителя, а также растепляемость грунта основания летом. При этом конструкция способна воспринимать вдавливающие вертикальные нагрузки и поэтому называется термосваей. Известны также термосвая, включающая частично погруженный в грунт трубчатый корпус, заполненный жидким хладоносителем, например керосином, и холодоаккумулирующим веществом, а также змеевик 2. Недостатком этой термосваи (при высокой холодопроизводительности зимой) является сложность конструкции из-за наличия в устройстве змеевика для аккумуляции холода в веществе, роль которого выполняет жидкость - солевой раствор воды или пластичный раствор глины. Немаловажную роль в термосваях играет выбор хладоносителя и холодоаккумулирующего вещества в качестве хладоагентов. Для этого рассмотрим таблицу, в которой приведены теплофизические свойства некоторых простейших жидкостей и веществ(распространенных, дешевых и доступных в производстве). Удельная теплоем- Коэффициент Коэффициент Температура кость объемного теплопроводЖидкость, Плотность замерзания расширения вещество С,С 1 т/м 3 ности ,Т, С 3-2,5 0,55 морская Гранит,2,8 0,88 2,46103 3,49 базальт Как видно из таблицы, наиболее эффективным в качестве хладоносителя может быть признан керосин, у которого,. Вода и вода морская для этой цели подходят слабо, так как,, а гранит и базальт - твердое вещество. На роль холодоаккумулирующего вещества больше подходят твердые гранит и базальт, у которыхимаксимальны,1 - повышенная, керосин не подходит из-за малых значений , 1, , вода и вода морская не подходят из-за высокой Т и жидкого состояния. Исходя из этого, задачей настоящей разработки является упрощение конструкции устройства путем исключения из термосваи змеевика и замены жидкого (пластичного) холодоаккумулирующего вещества (солевого раствора или глины) на твердое (базальт или гранит) и превращения их в змеевик, роль хладоносителя может выполнять керосин. 2 66622010.10.30 Поставленная задача решается тем, что в известной термосвае, включающей частично погруженный в грунт трубчатый корпус, заполненный жидким хладоносителем, например керосином, и холодоаккумулирующим веществом, последнее размещено в хладоносителе от слоя сезонного оттаивания-промерзания грунта до дна корпуса и выполнено из округлых тел размером 0,6-0,9 внутреннего диаметра корпуса в виде гальки либо гравия из базальта или гранита. Сопоставленный с прототипом анализ показывает наличие у заявляемого объекта следующих отличий 1. Холодоаккумулирующее вещество размещено в хладоносителе (в корпусе, в керосине) от слоя сезонного оттаивания-замерзания грунта до дна корпуса. 2. Холодоаккумулирующее вещество выполнено из округлых тел размером 0,6-0,9 внутреннего диаметра корпуса (т.е. более половины диаметра корпуса). 3. Округлые тела представлены в виде природных гальки либо гравия из базальта или гранита. Таким образом, галька или гравий в корпусе выполняют роль змеевика, между которыми постоянно циркулирует хладоноситель - керосин, постоянно охлаждая теплоемкие(хладоемкие) базальт или гравий, аккумулируя в них холод (превращает в холодоаккумулирующее вещество) и замораживая окружающий термосваю грунт. Указанные отличительные признаки являются новыми, существенными и достаточными для осуществления поставленной задачи (упрощения конструкции устройства), дешевой и работоспособной конструкцией. Работоспособность устройства (зимой) достигается за счет естественной конвекции(циркуляции) керосина в корпусе между округлыми телами за счет разности температур наружного воздуха и грунта. При этом роль змеевика и холодоаккумулирующего вещества выполняют базальт или гранит, охлаждающие окружающий грунт. Летом обратная естественная циркуляция керосина прекращается, а так как холодоаккумулирующее вещество расположено ниже слоя сезонного промерзания-оттаивания грунта, то никакого растепляющего воздействия на грунт установка летом не окажет. Таким образом, разработка отвечает всем требованиям для признания ее полезной моделью. Сравнение заявляемого устройства с другими техническими решениями в данной отрасли строительства не позволило выявить в них признаки, дискредитирующие новизну технического решения. Сущность объекта поясняется чертежом, где изображена предлагаемая термосвая в разрезе. Обозначения 1 - корпус 2 - керосин (хладоноситель) 3 - холодоаккумулирующее вещество (галька и гравий) 4 - нижняя граница слоя сезонного промерзания-оттаивания грунта. Термосвая содержит частично погруженный в грунт трубчатый корпус 1, заполненный керосином (хладоносителем) 2 и холодоаккумулирующим веществом 3 в виде округлых тел размером 0,6-0,9 внутреннего диаметра корпуса 1 - гальки либо гравия (из базальта или гранита), весьма теплоемких и теплопроводных материалов. Галька или гравий (холодоаккумулирующее вещество 3) засыпаны в хладоноситель (керосин 2) ниже границы 4 сезонного промерзания-оттаивания грунта до дна корпуса 1. Устройство работает следующим образом. Зимой, при наступлении отрицательных температур наружного воздуха, керосин 2, охлаждаясь в надземной части корпуса 1, опускается вниз за счет увеличения своей плотности, циркулирует между округлыми телами холодоаккумулирующего вещества 3, отдавая им свой холод и замораживая окружающий корпус 1 грунт. Таким образом, округлые тела (галька или гравий) выполняют роль змеевика, между которыми протекает хладоноситель (керосин 2). Летом термосвая свою работу автоматически прекращает, так как нагретый и более легкий хладоноситель (керосин 2) остается в надземной части корпуса 1, а холодоаккуму 3 66622010.10.30 лирующее вещество 3 (галька или гравий) - в подземной части ниже границы 4 слоя сезонного промерзания оттаивания грунта. Накопленный за зиму холод вещество 3 летом передает в окружающий термосваю грунт, дополнительно замораживая его. Конструкция термосваи достаточно проста в изготовлении, исходные материалы дешевы(керосин, да и то меньше половины объема термосваи, галька, гравий), холодопроизводительна зимой и летом (зимой - за счет хладоносителя, летом - за счет холодоаккумулирующего вещества), надежна и безопасна в эксплуатации. Предлагаемая конструкция способна воспринимать любые виды нагрузок - от вертикальных до горизонтальных, корпус (за счет наполнения галькой или гравием) - более жесткий и прочный. Устройство может быть изготовлено в любых условых. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4