RU2554955C1 - Прямоточное естественно-конвективное охлаждающее устройство для термостабилизации мерзлого грунта - Google Patents
Прямоточное естественно-конвективное охлаждающее устройство для термостабилизации мерзлого грунта Download PDFInfo
- Publication number
- RU2554955C1 RU2554955C1 RU2014112456/03A RU2014112456A RU2554955C1 RU 2554955 C1 RU2554955 C1 RU 2554955C1 RU 2014112456/03 A RU2014112456/03 A RU 2014112456/03A RU 2014112456 A RU2014112456 A RU 2014112456A RU 2554955 C1 RU2554955 C1 RU 2554955C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- condenser
- temperature
- evaporator
- sensor
- condensate
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области строительства в районах распространения многолетне-мерзлых грунтов и, конкретно, к устройствам, обеспечивающим мерзлое состояние грунтов оснований сооружений при проектном значении отрицательной температуры. Технический результат - повышение эффективности работы устройства за счет обеспечения его автоматического запуска при понижении температуры атмосферного воздуха в заданной зоне. Устройство для термостабилизации мерзлого грунта имеет конденсатор, горизонтальный испаритель и систему автоматического управления запуском. Эта система включает в себя один или несколько электромагнитных датчиков для измерения внутренних параметров устройства. В качестве этих параметров предусмотрены температура и/или давление в конденсаторе, и/или датчик уровня конденсата в конденсаторе, датчик температуры наружного воздуха, анализатор сигналов датчиков и электромагнитный клапан. Данный клапан смонтирован на участке между выходом потока хладагента из трубки испарителя и его входом в конденсатор и имеет возможность срабатывания от внешнего - управляющего электрического сигнала анализатора на основе заложенного в его память критерия сравнения текущих показаний датчиков с критическими значениями внутренних параметров устройства. Упомянутые критерии и параметры установлены расчетом или опытным путем из условия предотвращения образования запирающей пробки конденсата выше местоположения монтажа электромагнитного клапана. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области строительства в районах распространения многолетне-мерзлых грунтов, а конкретно - к устройствам, обеспечивающим мерзлое состояние грунтов оснований сооружений при проектном значении отрицательной температуры (то есть - для их термостабилизации).
Известно устройство с конденсатором и горизонтальным испарителем (охлаждающим элементом) для термостабилизации мерзлых грунтов оснований сооружений - система ГЕТ [1. Г.М. Долгих, С.Н. Окунев, С.Н. Стрижков, Д.С. Паздерин, Н.Г. Гилев. Исследования систем температурной стабилизации грунтов на опытно-промышленном полигоне // Материалы международной научно-практической конференции по инженерному мерзлотоведению, 2011, Тюмень, 7-10 ноября, с.36-42, рис.1]. Работа устройства обеспечивается замкнутым циклом естественно-конвективного движения хладагента в двух фазах: жидкая фаза с отбором тепла от грунта испаряется в трубе испарителя, а пар конденсируется в конденсаторе, отдавая тепло в атмосферу, и стекает обратно в испаритель. Система ГЕТ является прямоточной, в которой сток конденсата из конденсатора и обратное поступление пара в него осуществляется по раздельным магистралям (в противоточных системах сток конденсата и обратный поток пара происходит по общей магистрали).
Проведенные исследования показывают, что работа подобных устройств (с относительно длинным горизонтальным испарителем) является весьма неустойчивой. Одной из серьезных проблем в их работе является затрудненный запуск циркуляции хладагента, несмотря на уже имеющееся в данный момент значительное охлаждение конденсаторного блока [2. Я.Б. Горелик, Р.Я. Горелик. Лабораторное моделирование работы двухфазного естественно-конвективного устройства с горизонтальной испарительной частью // Криосфера Земли, T.XV, №2, 2011, с.34-43]. В итоге это приводит к тому, что под влиянием высокого давления в испарителе системы, где температура и, соответственно, давление насыщающих паров выше, чем в конденсаторе, весь конденсат собирается в конденсаторе и "зависает" в нем без возможности стока в испаритель (система запирается). Причиной такого поведения системы является образование жидкой пробки конденсата, локализованной на стыке конечного горизонтального участка испарителя с восходящим отводом к конденсатору устройства. Возникновение этой пробки приводит к резкому повышению гидравлического сопротивления на входе двухфазного потока хладагента в конденсатор и запиранию системы.
Задачей, стоящей перед изобретением, является повышение эффективности работы устройства путем обеспечения его автоматического запуска при понижении температуры атмосферного воздуха в зоне размещения конденсатора.
Для решения поставленной задачи в конструкцию прямоточного естественно-конвективного устройства с конденсатором и горизонтальным испарителем включена система автоматического управления запуском. Система управления включает в себя один или несколько электромагнитных датчиков для измерения внутренних параметров устройства и параметров окружающей его внешней среды, анализатор сигналов датчиков и двухпозиционный (закрыто - открыто) электромагнитный клапан, срабатывающий от внешнего (управляющего) электрического сигнала, который вырабатывается анализатором на основе заложенного в его память критерия. Клапан врезан в трубку испарителя несколько ниже того отрезка, на котором происходит образование запирающей пробки. В качестве датчиков, характеризующих состояние внешней среды, достаточно иметь датчик температуры, размещаемый на некотором удалении от конденсатора. Датчики внутреннего состояния могут измерять температуру и давление, а также уровень конденсата в конденсаторе.
Изобретение поясняется чертежом, на котором приведена схема прямоточного естественно-конвективного охлаждающего устройства для термостабилизации мерзлого грунта.
Прямоточное естественно-конвективное охлаждающее устройство содержит герметично соединенные между собой горизонтальный испаритель 1 и конденсатор 2. Устройство заполнено дозированным количеством легкокипящей жидкости 3, уровень которой в конденсаторе зависит от его рабочего состояния (предпусковое состояние, нормальная работа, запертое состояние). Элементы системы автоматического управления запуском размещены в различных частях устройства. На конденсаторе размещены датчик 4 температуры конденсатора и/или датчик давления 5. На мерной трубке 6 уровня конденсата размещен датчик 7 уровня (в иллюстрируемом варианте - емкостного типа). Клапан 8 размещен на конечном горизонтальном участке испарителя перед ее переходом в вертикальный отвод к конденсатору. Анализатор 9 системы запуска размещен внутри пылевлагозащищенного металлического шкафа 10, имеющего ввод электропитания 11. Датчик 12 температуры атмосферного воздуха установлен на внешней стенке шкафа 10. Коммутационные провода 13 от клапана и всех датчиков заведены в шкаф 10 и смонтированы совместно с анализатором 9 (и иными необходимыми дополнительными элементами) в электрическую схему системы запуска.
Рассмотрим критерий срабатывания клапана на примере датчика уровня конденсата.
При нормальной работе устройства уровень конденсата в конденсаторе близок к минимальному значению hmin (которое несколько превышает положение испарителя, принимаемое за точку отсчета уровня) и определяется расчетом или опытным путем [2]. При образовании пробки и запирании системы весь конденсат скапливается в конденсаторе и его уровень достигает максимального значения hmax, которое легко вычисляется на основе известных параметров конструкции конденсатора и известного количества заправляемого хладагента. До момента начала понижения температуры атмосферного воздуха (когда его температура выше температуры грунта, подлежащего охлаждению) устройство находится в предпусковом состоянии, которое характеризуется тем, что весь конденсат занимает низшее положение из возможных, то есть находится в трубке испарителя.
В предпусковом состоянии датчик уровня фиксирует положение уровня конденсата ниже значения hmin. Условие h<hmin закладывается в память анализатора в качестве критерия для выработки управляющего сигнала на закрытие клапана. При наступлении зимнего периода температура наружного воздуха начинает понижаться, что вызывает понижение температуры внутри конденсатора. Это в свою очередь влечет понижение давления насыщающих паров хладагента внутри него. При постоянной температуре на испарителе (и соответствующем давлении насыщающих паров в нем) и по достижении достаточно низкой температуры атмосферного воздуха образуется достаточно большой перепад давлений между испарителем и конденсатором, который вызывает движение жидкой фазы хладагента из испарителя в конденсатор по стоковой линии FDCBA при закрытом положении клапана. Через определенное время практически весь конденсат собирается в конденсаторе. Конструкция конденсатора в прямоточном устройстве (для описываемого здесь процесса) не допускает попадания конденсата в зону, располагающуюся выше клапана (выше точки Н), то есть в этом процессе образование запирающей пробки исключено.
Опыт показывает, что устойчивая циркуляция и эффективная работа устройства может быть обеспечена при срабатывании клапана на открытие при выполнении условия h>0,9 hmax. Надежность и устойчивость такого запуска обусловлена тем, что гидравлическое сопротивление восходящей линии испарителя GHPQO в момент открытия клапана является минимальным, а кинетическая энергия восходящего потока - максимальна, что не позволяет запустить процесс формирования пробки (характерный для низких энергий двухфазного потока).
Условие h>0,9 hmax принимается в качестве критерия для выработки управляющего сигнала на открытие клапана. При временных повышениях температуры воздуха в течение зимы до значений, превышающих температуру текущего состояния грунта, весь конденсат скатывается в испаритель, что вызывает закрытие клапана по первому критерию. При последующем похолодании срабатывает второй критерий и так далее. Таким образом обеспечивается устойчивость работы устройства с применением системы автоматического запуска по показаниям датчика уровня.
Аналогичным образом может быть осуществлен запуск устройства по показаниям датчика температуры конденсатора. Для этого необходимо учесть, что при нормальной работе устройства температура конденсатора имеет максимальное значение, которое устанавливается расчетом или опытным путем (для заданной температуры наружного воздуха). При запирании системы эта температура принимает минимальное значение, близкое к значению окружающего воздуха.
Поскольку давление в конденсаторе однозначно связано с соответствующей температурой согласно кривой насыщения для конкретного хладагента, то аналогичная процедура может быть организована по показаниям датчика давления в конденсаторе. Для повышения надежности запуска управляющий сигнал на закрытие/открытие клапана может быть сформирован на основе дублирования показаний датчиков разных типов, анализа их синхронных сигналов и формулировки соответствующих критериев.
Claims (1)
- Прямоточное естественно-конвективное охлаждающее устройство для термостабилизации мерзлого грунта с конденсатором и горизонтальным испарителем, отличающееся тем, что оно снабжено системой автоматического управления запуском, включающей в себя: один или несколько электромагнитных датчиков для измерения внутренних параметров устройства, таких как температура и/или давление в конденсаторе, и/или датчик уровня конденсата в конденсаторе; датчик температуры наружного воздуха; анализатор сигналов датчиков и электромагнитный клапан, который смонтирован на участке между выходом потока хладагента из трубки испарителя и его входом в конденсатор и имеющий возможность срабатывания от внешнего - управляющего электрического сигнала анализатора на основе заложенного в его память критерия сравнения текущих показаний датчиков с критическими значениями внутренних параметров устройства, которые установлены расчетом или опытным путем из условия предотвращения образования запирающей пробки конденсата выше местоположения монтажа электромагнитного клапана.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014112456/03A RU2554955C1 (ru) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | Прямоточное естественно-конвективное охлаждающее устройство для термостабилизации мерзлого грунта |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014112456/03A RU2554955C1 (ru) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | Прямоточное естественно-конвективное охлаждающее устройство для термостабилизации мерзлого грунта |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2554955C1 true RU2554955C1 (ru) | 2015-07-10 |
Family
ID=53538216
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014112456/03A RU2554955C1 (ru) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | Прямоточное естественно-конвективное охлаждающее устройство для термостабилизации мерзлого грунта |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2554955C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110029677A (zh) * | 2019-04-15 | 2019-07-19 | 宁夏大学 | 多年冻土边坡遮阳制冷锚固结构及施工方法 |
WO2020078617A1 (de) * | 2018-10-17 | 2020-04-23 | Endress+Hauser Flowtec Ag | Anordnung umfassend eine druckentnahmeleitung mit einem druckmessgerät sowie eine durchflussmessstelle umfassend eine solche anordnung |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3217791A (en) * | 1964-07-30 | 1965-11-16 | Erwin L Long | Means for maintaining perma-frost foundations |
US4961463A (en) * | 1989-04-26 | 1990-10-09 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Thermosyphon condensate return device |
SU1744276A1 (ru) * | 1989-11-27 | 1992-06-30 | Научно-Производственное Объединение "Солнце" Ан Тсср | Энергетическа установка |
RU2104456C1 (ru) * | 1992-04-03 | 1998-02-10 | Л.Лонг Эрвин | Термосифон |
RU2415226C1 (ru) * | 2010-05-31 | 2011-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение "Фундаментстройаркос" | Система для температурной стабилизации основания сооружений на вечномерзлых грунтах |
RU132878U1 (ru) * | 2012-08-15 | 2013-09-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт криосферы земли сибирского отделения Российской академи наук (ИКЗ СО РАН) | Прямоточное естественно-конвективное устройство для термостабилизации мерзлого грунта |
-
2014
- 2014-03-31 RU RU2014112456/03A patent/RU2554955C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3217791A (en) * | 1964-07-30 | 1965-11-16 | Erwin L Long | Means for maintaining perma-frost foundations |
US4961463A (en) * | 1989-04-26 | 1990-10-09 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Thermosyphon condensate return device |
SU1744276A1 (ru) * | 1989-11-27 | 1992-06-30 | Научно-Производственное Объединение "Солнце" Ан Тсср | Энергетическа установка |
RU2104456C1 (ru) * | 1992-04-03 | 1998-02-10 | Л.Лонг Эрвин | Термосифон |
RU2415226C1 (ru) * | 2010-05-31 | 2011-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение "Фундаментстройаркос" | Система для температурной стабилизации основания сооружений на вечномерзлых грунтах |
RU132878U1 (ru) * | 2012-08-15 | 2013-09-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт криосферы земли сибирского отделения Российской академи наук (ИКЗ СО РАН) | Прямоточное естественно-конвективное устройство для термостабилизации мерзлого грунта |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
БУБЕЛО Р. В., Стабилизация отрицательных температур мерзлых грунтов основания с помощью аккумуляторов холода, Москва, 2003, автореферат диссертации * |
ГОРЕЛИК Я. Б. И др., Лабораторное моделирование работы двухфазного естественно-конвективного устройства с горизонтальной испарительной частью, Криосфера Земли, т. * |
с.34-43. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020078617A1 (de) * | 2018-10-17 | 2020-04-23 | Endress+Hauser Flowtec Ag | Anordnung umfassend eine druckentnahmeleitung mit einem druckmessgerät sowie eine durchflussmessstelle umfassend eine solche anordnung |
CN112805503A (zh) * | 2018-10-17 | 2021-05-14 | 恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司 | 包括带有压力测量装置的压力迁移管线的组件以及包括这种类型的组件的流量测量点 |
CN110029677A (zh) * | 2019-04-15 | 2019-07-19 | 宁夏大学 | 多年冻土边坡遮阳制冷锚固结构及施工方法 |
CN110029677B (zh) * | 2019-04-15 | 2020-11-17 | 宁夏大学 | 多年冻土边坡遮阳制冷锚固结构及施工方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2554955C1 (ru) | Прямоточное естественно-конвективное охлаждающее устройство для термостабилизации мерзлого грунта | |
US9383126B2 (en) | Refrigerant charge management in a heat pump water heater | |
US10684052B2 (en) | Diagnostic mode of operation to detect refrigerant leaks in a refrigeration circuit | |
WO2014102940A1 (ja) | 冷凍サイクル装置、及び冷凍サイクル装置の制御方法 | |
GB2528212A (en) | Refrigeration cycle device | |
TWI784962B (zh) | 用於在溫度調節的儲存裝置內使用的熱虹吸管及溫度調節的儲存裝置 | |
EP3051236B1 (en) | Freeze cycling device | |
KR950019551A (ko) | 열 펌프용 기류 막힘 탐지 방법 | |
US20150107283A1 (en) | Refrigerating capacity control device, a testing apparatus and a refrigerating control method using the device | |
EP3173714B1 (en) | Refrigerating cycle system and liquid flow-back prevention method | |
EP3273179B1 (en) | Heat pump | |
WO2017175014A4 (en) | Refrigeration system control and protection device | |
BR112017016961B1 (pt) | método e sistema para detectar deficiências em uma torre de refrigeração de uma instalação térmica em operação e instalação térmica | |
JP2016090177A (ja) | 冷凍サイクル装置 | |
JP6644620B2 (ja) | 抽気装置およびこれを備えた冷凍機ならびに抽気装置の制御方法 | |
EP2511629A1 (en) | Air conditioner and method for detecting amount of refrigerant in air conditioner | |
CN103698496A (zh) | 一种快速冻融与单边冻融一体试验机 | |
WO2015168755A1 (en) | Method and device for cool-drying a gas with circulating cooling liquid with bypass line | |
JP6628833B2 (ja) | 冷凍サイクル装置 | |
DK2902728T3 (en) | Automatic detection of refrigerant fill levels in refrigeration circuits | |
KR101569316B1 (ko) | 심정펌프의 소손 보호장치가 구비된 개방형 지열설비 | |
JPWO2014102939A1 (ja) | 冷凍サイクル装置、及び冷凍サイクル装置の制御方法 | |
US10557655B2 (en) | System for deicing the external evaporator in a heat pump system | |
KR101329753B1 (ko) | 공기조화 시스템 | |
EP3951288A1 (en) | Outdoor unit and refrigeration cycle device equipped with same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170401 |