УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ ГРУНТА ПОД ЗДАНИЕМ, СООРУЖЕНИЕМ

Полезная модель относится к криогенной технике и может быть использована при строительстве и эксплуатации зданий, сооружений на вечномерзлых грунтах. Тепло от здания, сооружения может привести к оттаиванию вечномерзлого грунта и стать фактором снижения несущей способности опор и фундаментов различных объектов промышленного и гражданского назначения в условиях вечной мерзлоты.
Для предотвращения оттаивания вечномерзлого грунта известно устройство (US 483491, публ. 1975 г) /1/. Устройство содержит корпус с внутренней полостью, заполненную жидким агентом, насыщенным инертным газом. Принцип работы известного устройства основан на аккумуляции естественного холода в основаниях сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах, при этом интенсификация теплообмена атмосферным воздухом и грунтом основана на известной закономерности изменения растворимости газов с изменением температуры: чем ниже температура, тем выше растворимость газа. Внутреннюю полость корпуса необходимо заполнить жидким агентом так, чтобы в его верхней части устройства, выступающей над грунтом, был оставлен газовый пузырь. Это сложная в изготовлении конструкция.
Известно более простое устройство (US 553328, публ. 1977 г) /2/. Известное устройство содержит, заполненную хладагентом обсадную трубу, выполненную с возможностью частичного погружения в грунт, работающую в режиме испарителя и конденсатора, который для увеличения теплопередачи может быть выполнен в виде радиатора из оребренных труб. Устройство снабжено оболочкой, смонтированной вокруг обсадной трубы с зазором, который заполнен жидкостью, замерзающей ниже 0°С. Когда температура наружного воздуха становится ниже температуры охлаждаемого грунта, происходит охлаждение и замораживание грунта и аккумулирование холода в оболочке за счет примораживания этой жидкости. За счет аккумуляции холода средой температура грунта на контакте с оболочкой или испарителем остается отрицательной и в летний период. Принцип работы известного устройства основан также на аккумуляции холода в основании сооружений.
Конструкция известных устройств /1/, /2/ не учитывает того, что причиной оттаивания вечномерзлого грунта может быть не только тепло от здания, сооружения, но и тепло от грунта, находящегося под слоем вечной мерзлоты. Поэтому задача заявляемого решения состоит в «промораживании» слоя грунта, находящегося под слоем вечномерзлого грунта.
Для решения этой задачи заявленное устройство содержит выполненный с возможностью погружения в грунт корпус, внутреннее герметичное пространство которого заполнено хладагентом, корпус состоит из испарителя и оснащенного теплообменником конденсатора, при этом корпус устройства выполнен из двух, входящих одна в другую труб, конденсатор размещен на трубе большего диаметра, а между испарителем и конденсатором смонтирована теплозащитная рубашка.
Конструкция корпуса устройства, выполненного из двух, входящих одна в другую труб, будучи простой в изготовлении, позволяет увеличить диаметр конденсаторной части устройства, повысив этим его теплопередающую способность. Холод от хладагента эффективно передается слою грунта, находящемуся под вечномерзлым слоем. Смонтированная между испарителем и конденсатором теплозащитная рубашка предотвращает передачу тепла грунту от поднимающегося вверх пара на всем пути его движения от испарителя до конденсатора.
Новый технический результат, достигаемый заявленным решением, заключается в интенсификации теплообмена между атмосферным воздухом и грунтом и дополнительном промораживании находящихся под слоем вечной мерзлоты слоев грунта.
Полезная модель иллюстрируется рисунком. Устройство состоит из конденсатора 1, испарителя 2 и, смонтированной между ними, теплозащитной рубашки 3. Конденсатор выполнен в виде трубы с радиаторами, в которую через переходник 4 входит труба меньшего диаметра с образованием герметичного пространства 5, заполненного хладагентом, например, Хладоном 22.
Устройство работает на воздухе и грунте в условиях вечной мерзлоты. Температура окружающего воздуха до минус 60°С относительной влажности воздуха до 80%. Устройство буроопускным способом устанавливают в грунт вертикально испарителем вниз. При наличии перепада температур между грунтом и атмосферным воздухом в погруженном в грунт испарителе 2 происходит испарение хладагента. Образующийся при этом пар движется в конденсатор 1, конденсируется на его стенках. Отдавая теплоту фазового перехода охлаждающему воздуху, пар превращается в конденсат, который под воздействием гравитационных сил возвращается в испаритель 2, понижая температуру корпуса испарителя и замораживая прилегающие слои грунта.
Процессы испарения и конденсации в устройстве протекают непрерывно, обеспечивая постоянную передачу тепла из охлажденного грунта в атмосферный воздух. Работа устройства продолжается до тех пор, пока существует перепад температур между грунтом и атмосферным воздухом.