Устройство для охлаждения грунта

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ГРУНТА(71) Заявитель Учреждение образования Брестский государственный технический университет(72) Авторы Чернюк Владимир Петрович Кузьмич Петр Михайлович Фундамент Сергей Викторович(73) Патентообладатель Учреждение образования Брестский государственный технический университет(57) Устройство для охлаждения грунта, включающее частично погруженную в грунт и заполненную хладоносителем замкнутую систему вертикальных труб, сообщающихся между собой в надземной и подземной частях устройства, с одной центральной большего диаметра и одной или несколькими боковыми меньшего диаметра трубами, причем центральная труба выступает над боковыми и содержит внутри усиливающее охлаждение грунта приспособление, отличающееся тем, что последнее выполнено в виде поплавка с наклонными лопастями по периферии и вмонтированным в него стержнем из ферромагнитного материала, крышка центральной трубы изготовлена из немагнитного, например пластмассового или фторопластового, материала и снабжена наружным стержнем, на котором смонтирован привод усиливающего охлаждение грунта приспособления в виде вращающегося на стержне магнита с ветряными лопастями.(56) 1. Патент РБ на полезную модель 1061, МПК 02 3/00, 2003 (аналог). 2. Гапеев С.И. Укрепление мерзлых оснований охлаждением. Изд. 2-е переработанное и дополненное. - Л. Стройиздат, 1984. - С. 24-27, рис 7-10 (аналог). 3. Патент РБ на полезную модель 2263, МПК 02 3/115, 2005 (прототип). Полезная модель относится к области строительства в условиях распространения слабых, мерзлых, сезонно- и вечномерзлых грунтов, может быть использована преимущественно в свайном фундаментостроении для укрепления оснований охлаждением и касается изготовления термосвай и устройств для аккумуляции холода в грунте. Известно устройство для замораживания грунта, включающее частично погруженный в грунт и заполненный хладоносителем трубчатый корпус, содержащий внутри усиливающее охлаждение грунта приспособление, а снаружи привод 1. Недостатками устройства являются сложность и негерметичность конструкции из-за расположения усиливающего охлаждение грунта приспособления внутри, а его привода снаружи корпуса, причем привод выполнен в виде ветряной вертушки, соединенной валом с приспособлением в виде лопастного шнека, а это и сложно, и негерметично. Кроме того,трубчатый корпус представляет собой низкохолодопроизводительную однотрубную установку, характеризующуюся смешиванием потоков холодного и теплого хладоносителя в корпусе в процессе его работы в зимний период года. Более близким техническим решением к заявленному объекту является двухтрубная установка для охлаждения грунта, содержащая частично погруженную в грунт и заполненую хладоносителем замкнутую систему вертикальных труб, сообщающихся между собой в наружной и подземной частях установки, с одной центральной и одной боковой трубами, причем центральная труба в надземной части выступает над боковой 2. Недостатками этой установки являются низкая холодопроизводительность устройства зимой из-за использования в качестве хладоносителя только керосина, имеющего в два раза меньшую теплоемкость по сравнению с солевыми (водными) растворами, возможность растепляющего воздействия на грунт летом из-за наличия обратного летнего теплопотока хладоносителя в корпусе. Наиболее близким к заявленному объекту по технической сущности и достигаемому результату является устройство для охлаждения грунта, включающее частично погруженную в грунт и заполненную хладоносителем замкнутую систему вертикальных труб, сообщающихся между собой в надземной и подземной частях устройства, с одной центральной большего диаметра и одной или несколькими боковыми меньшего диаметра трубами, причем центральная труба в надземной части выступает над боковыми и содержит внутри усиливающее охлаждение грунта приспособление 3. В данном устройстве усиливающее охлаждение грунта приспособление может только предотвратить (прервать) обратную циркуляцию хладоносителя (керосина) летом, но не усилить его циркуляцию зимой. Кроме того, применение в качестве хладоносителя керосина (другой хладноситель к этому устройству не подходит) снижает холодопроизводительность устройства по указанным выше причинам (низкая теплоемкость и теплопроводность по сравнению с другими). Целью настоящей полезной модели является повышение холодопроизводительности двух- и многотрубного устройства зимой за счет усиления (увеличения) скорости циркуляции хладоносителя в корпусе (системе труб) принудительным путем, а также возможность применения в качестве хладоносителя более теплоемкого и теплопроводного раствора хлористого кальция (не зависящего от естественной скорости циркуляции). 89352013.02.28 Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для охлаждения грунта, содержащем частично погруженную в грунт и заполненную хладоносителем замкнутую систему вертикальных труб, сообщающихся между собой в надземной и подземной частях устройства, с одной центральной большего диаметра и одной или несколькими меньшего диаметра трубами, причем центральная труба выступает над боковыми и содержит усиливающее охлаждение грунта приспособление, последнее выполнено в виде поплавка с наклонными лопастями по периферии и вмонтированным в него стержнем из ферромагнитного материала, крышка центральной трубы изготовлена из немагнитного,например пластмассового или фторопластового, материала и снабжена наружным стержнем, на котором смонтирован привод усиливающего охлаждение грунта приспособления в виде вращающегося на стержне магнита с ветряными лопастями. Сопоставительный с прототипом анализ показывает, что заявляемое устройство имеет следующие отличительные признаки 1) усиливающее охлаждение грунта приспособление выполнено в виде поплавка 2) поплавок снабжен наклонными лопастями по периферии 3) в поплавок вмонтирован стержень из ферромагнитного материала 4) крышка центральной трубы изготовлена из немагнитного, например пластмассового или фторопластового материала 5) крышка снабжена наружным стержнем 6) на стержне смонтирован привод усиливающего охлаждение грунта приспособления 7) приспособление выполнено в виде вращающегося на стержне магнита с ветряными лопастями. Указанные отличительные признаки являются в устройстве новыми, существенными и достаточными для достижения поставленной цели (повышение холодопроизводительности установки зимой по сравнению с прототипом). В качестве хладоносителя можно использовать керосин, способный циркулировать в замкнутой системе труб разного диаметра самостоятельно за счет естественной конвекции, а также принудительно, но лучше применять водный раствор хлористого кальция,удельная теплоемкость и теплопроводность которого в два раза больше керосина, за счет принудительной циркуляции. Работоспособность устройства зимой достигается путем принудительной циркуляции хладоносителя (большей по сравнению с естественной конвекцией) в установке за счет вынужденного вращения поплавка с наклонными лопастями и ферромагнитным (стальным) стержнем внутри большей трубы посредством вращающего приспособление привода на стержне в виде магнита с ветряными лопастями через немагнитную (пластмассовую или фторопластовую) крышку. Таким образом, разработка отвечает всем требованиям для признания ее полезной моделью. Сравнение заявленного объекта с другими техническими решениями в данной отрасли строительства не позволило выявить в них признаки, дискредитирующие новизну технического решения. Сущность устройства поясняется фигурой, где изображена предлагаемая конструкция устройства в разрезе. Обозначения 1 - хладоноситель 2 - центральная труба 3 - боковые трубы 4 - выступающая часть 5 - усиливающее охлаждение грунта приспособление 6 - поплавок 7 наклонные лопасти 8 - ферромагнитный стержень 9 - немагнитная крышка 10 - наружный стержень 11 - привод охлаждающего приспособления 12 - вращающийся магнит 13- ветряные лопасти. Устройство состоит из частично погруженной в грунт и заполненной хладоносителем 1 (лучше водным раствором 2) замкнутой системы вертикальных труб, сообщающихся между собой в надземной и подземной частях устройства, с одной центральной 2 боль 3 89352013.02.28 шего диаметра и одной или несколькими боковыми 3 меньшего диаметра трубами, центральная труба 2 имеет выступающую над боковыми трубами 3 часть 4 и содержит внутри усиливающее охлаждение грунта приспособление 5, которое выполнено в виде поплавка 6 из дерева, пробки или пенопласта с наклонными лопастями 7 по периферии и вмонтированным в поплавок 6 стержнем 8 из ферромагнитного (стального) материала. Крышка 9 центральной трубы 2 выполнена из немагнитного (пластмассового, фторопластового) материала и снабжена наружным стержнем 10, на котором смонтирован привод 11 усиливающего охлаждение грунта приспособления 5 в виде вращающегося на стержне 10 магнита 12 с ветряными лопастями 13. Устройство работает следующим образом. В зимнее время года при наступлении отрицательных температур наружного (холодного) воздуха на стержень 10 установки одевается привод 11 (из вращающегося магнита 12 и ветряных лопастей 13) усиливающего охлаждение грунта приспособления 5. Под действием отрицательных температур холодного наружного воздуха в выступающей части 4 центральной трубы 2 интенсивно охлаждается хладоноситель 1, под действием ветра начинают вращаться ветряные лопасти 13 и магнит 12, который через немагнитную крышку 9 приводит во вращение поплавок 6 за счет вовлечения во вращение ферромагнитного стержня 8. В свою очередь поплавок 6 вращает наклонные лопасти 7, которые способствуют принудительной циркуляции хладоносителя 1 по контуру выступающая часть 4 центральной трубыбоковые (боковая) трубыцентральная труба 2 и т.д. При этом охлажденный наружным воздухом хладоноситель 1 передает холод окружающему установку грунту, охлаждая и замораживая его или аккумулируя в нем холод. В режиме принудительной циркуляции хладоносителя 1 в устройстве выгоднее применять водные солевые растворы 2, в режиме естественной циркуляции или при отсутствии ветра предпочтительнее использование керосина в качестве хладоносителя 1. В летний период года (при положительных температурах наружного воздуха) привод 11 охлаждающего приспособления 5 снимается со стержня 10, а выступающая часть 4 центральной трубы 2 и боковые трубы 3 укрываются мешковиной, матами для защиты устройства от нагрева,грунта от оттаивания солнечными лучами и радиации. Таким образом, летом установка свою работу прекращает. Конструкция устройства несложна в изготовлении, позволяет надежно, производительно и экономно охлаждать грунт, аккумулировать в нем холод, что в определенных условиях может принести значительный экономический эффект. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4