WO2023085981A1 - Ground cooling method - Google Patents

Ground cooling method Download PDF

Info

Publication number
WO2023085981A1
WO2023085981A1 PCT/RU2022/050406 RU2022050406W WO2023085981A1 WO 2023085981 A1 WO2023085981 A1 WO 2023085981A1 RU 2022050406 W RU2022050406 W RU 2022050406W WO 2023085981 A1 WO2023085981 A1 WO 2023085981A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
channels
masses
air masses
air
Prior art date
Application number
PCT/RU2022/050406
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Сергей Сергеевич ПРИМАКОВ
Original Assignee
Сергей Сергеевич ПРИМАКОВ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2021133089A external-priority patent/RU2776017C1/en
Application filed by Сергей Сергеевич ПРИМАКОВ filed Critical Сергей Сергеевич ПРИМАКОВ
Publication of WO2023085981A1 publication Critical patent/WO2023085981A1/en

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/11—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil by thermal, electrical or electro-chemical means
    • E02D3/115—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil by thermal, electrical or electro-chemical means by freezing

Definitions

  • the present invention relates to the field of construction of heat-shielding structures, and in particular to a method of cooling the soil.
  • the invention can be used to preserve the properties of soils, for example, permafrost soils, by maintaining, lowering their temperature.
  • a direct-flow natural-convection device for thermal stabilization of frozen soil is known, disclosed in the RF patent for utility model No. RU132878 (publ. 15.08.2012).
  • the known device contains a horizontally located tubular evaporator, along the length of which end condenser blocks and an intermediate block are installed.
  • the intermediate condenser block receives steam and drains condensate simultaneously to two sections of the evaporator adjacent to the end condenser blocks.
  • End condenser blocks carry out one-sided steam intake and condensate drain.
  • a device for thermal insulation of wells in permafrost is known, disclosed in the RF patent for the invention No. RU2625830 (publ. 19.07.2017).
  • the known device contains a heat-insulating structure between the borehole wall and the production pipe.
  • the latter contains two coaxially located pipes, two chambers are formed in the annular space - internal and external.
  • the environment of the chambers ensures the removal of the heat flow, and the outer chamber is filled with a non-freezing medium, and the inner chamber is filled with a heat carrier to remove the internal heat of the well.
  • the inner chamber is equipped with a system of forced circulation of the coolant.
  • a device for thermal insulation of wells in permafrost is known, disclosed in the USSR author's certificate No. SU1767162 (publ. 07.10.1992).
  • the known device includes two coaxially arranged pipes, partially submerged in the ground and forming a sealed annular cavity.
  • the cavity is filled with coolant.
  • the annular cavity is divided into two chambers by a vertical partition installed concentrically in this cavity.
  • Bypass channels are formed inside the cavity through which said chambers communicate.
  • the chambers are filled with coolant that does not boil at the operating temperature of the well.
  • a device for cooling permafrost soils is known, disclosed in the RF patent for utility model No. RU91723 (publ. 27.02.2010).
  • the known device consists of a shell partially submerged in the ground, having a closed through cavity formed by two parallel pipes - for descending and ascending air flows, communicated by a bypass channel from below.
  • the top of the downflow tube has a cutout to allow cooler air to flow freely into the cavity, forcing warmer (lighter) air into the upflow tube. From this pipe, air enters the air cavity of the heat exchanger.
  • a common disadvantage of the known analogues is the use of the effect of heat exchange between gas masses to provide a cooling effect on the soil.
  • a relatively low cooling capacity is achieved in the circuit of the cooling structure.
  • a device for cooling permafrost soils is known, disclosed in the RF patent for utility model No. RU120111 (publ. 10.09.2012).
  • the device is made in the form of a tubular body, partially submerged in the ground and containing an inner pipe located coaxially to the body. In the lower part, the body pipe and the inner pipe are connected by a channel. The space between the body and the inner pipe is connected to the exhaust pipe in the upper part.
  • a disadvantage of the known device is the relatively low intensity of the replacement of warm air masses inside the structure with cold atmospheric air masses. This is due to the absence of heat supply, which could intensify the process, and leads to a low cooling capacity of the known solution.
  • the technical problem solved by the present invention is to provide thermal protection of the soil from thawing effects of a natural or man-made nature.
  • the technical result achieved in the implementation of the invention is to improve the cooling effect on the buried parts of the soil.
  • the invention discloses a method for cooling the soil, in which a layer for descending air masses is provided in the soil, consisting of at least one hollow channel, and at least partially isolated from this layer layer for ascending air masses, consisting of at least one hollow channel. Said layers are connected to each other by at least one chamber. Hollow channels are connected to the atmosphere in their above-ground parts and ensure the passage of air masses through them. The layer for ascending air masses is heated.
  • the layer for descending air masses and the layer for ascending air masses are extended in an arbitrary direction inside the soil.
  • the descending air mass layer surrounds the ascending air mass layer.
  • the layer for ascending air masses is subjected to heating in its underground part.
  • the layer for ascending air masses is subjected to heating in its above-ground part.
  • the hollow channels of each layer are combined into collectors, while the collectors for the channels of different layers are spaced apart so that the air masses leaving the layer channels for ascending air masses do not mix with the air masses entering the layer channels for descending air masses. .
  • an intermediate layer connected with them consisting of at least one hollow channel, is immersed.
  • the hollow channels of the layer for descending air masses are made with the possibility of clogging on the soil surface.
  • the layers communicate with each other at least only in the vicinity of their subterranean ends.
  • the channels are made cylindrical.
  • the channels are made with a variable cross section of a complex shape.
  • the channels are helical.
  • the side surfaces of the channels are airtight.
  • the side surfaces of the channels are thermally insulated.
  • the side surfaces of the channels are reflective.
  • the side surfaces of the channels are made light-absorbing.
  • the side surfaces of the channels are substantially smooth.
  • the side surfaces of the channels are provided with bumps or ribs in the manner of a radiator.
  • the improvement of the cooling effect in the present invention is achieved due to the effect of mass transfer, in the manifestation of which masses of cold air from the atmosphere penetrate into the soil through the hollow channels of the layer for descending masses and displace the masses of warm air, which, respectively, rise through the hollow channels of the layer for ascending masses upward from deep part of the soil and enter the atmosphere.
  • mass transfer in the manifestation of which masses of cold air from the atmosphere penetrate into the soil through the hollow channels of the layer for descending masses and displace the masses of warm air, which, respectively, rise through the hollow channels of the layer for ascending masses upward from deep part of the soil and enter the atmosphere.
  • one or more chambers are provided that communicate hollow channels of different layers.
  • the end parts of the channels are separated from each other, for example, by combining them into collectors, the inlets and outlets of which are removed from each other in such a way as to avoid the ingress of warm air masses removed from the ground, back into the hollow channels of the layer for descending air masses.
  • mass transfer has a cooling effect much faster than heat transfer, since it helps to remove masses of warm air from the system of channels completely due to their replacement by masses of cold atmospheric air, in comparison with the effect of heat transfer, in which masses of warm air are cooled under the influence of some working fluid at a lower temperature.
  • the effect of heat transfer is objectively manifested during contacts between air masses with different temperatures, but does not make a significant contribution to improving the cooling effect on the soil.
  • the intensity of mass transfer also contributes to the improvement of the cooling effect, i.e. the rate of replacement of warm air masses by cold air masses.
  • the intensity of mass transfer depends on the length of the hollow channels of the mass transfer layers.
  • the intensity of mass transfer depends on the temperature difference between atmospheric air and warm air, which must be removed from the depth of the soil. How The temperature of warm air is higher, the easier it is, respectively, it rises to the surface faster. Similarly, colder air is heavier and therefore displaces masses of warm air faster.
  • the layer for the ascending air masses is subjected to heating. Heating can be supplied to this layer from a heat source, which can be, for example, a hot production well, underground, surface or aboveground equipment, or another heat generating structure. In this case, a case is possible in which the heat source is an above-ground structure, for example, a gas flare for burning associated gas.
  • Improvement in the cooling effect is also achieved through various private implementations of the nodes involved in the implementation of the method.
  • Hollow channels can have a substantially arbitrary configuration.
  • the walls of the hollow channels extend along the fuel structure. If such a structure is a heat-generating production well, then the hollow channels are oriented vertically and adjoin with their walls to the walls of the well. If such a structure is a heat-producing pipe lying inside the ground, parts of which have a complex configuration in space, then the hollow channels of the layer for ascending air masses essentially repeat this configuration.
  • the hollow channels of the layer for descending air masses are not necessarily parallel to the channels of the layer for ascending masses and can pass in the depth of the soil in such a way as to cool the largest possible volume of soil not only in the vertical direction (deep into the soil), but also horizontally (in breadth) .
  • Hollow channels can also have different designs of the inner and outer surfaces of their walls.
  • irregularities of the type of a radiator can be made, which make it possible to increase the area of heat exchange between the channel wall and cold air in order to further intensify the removal of heat from the ground.
  • the side surfaces of the channels can be made airtight and thermally insulated in order to exclude the possibility of heat exchange between air masses located in different channels if they are adjacent to each other by walls.
  • the side surfaces of the channels of the layer for ascending air masses can be made light-absorbing in order to use thermal radiation for their greater heating, while the internal the surfaces of the layer channels for descending air masses, on the contrary, are reflective in order to reduce the effect of thermal radiation on their temperature.
  • the side surfaces of the channels are made substantially smooth to reduce the heat exchange area between the soil and the channel walls, or, conversely, they are provided with bumps or fins like a radiator to increase the heat exchange area between the heat source and the channel walls.
  • the shape of the channel affects the speed of air movement. In turn, increasing the air velocity improves the heat transfer characteristics. Smooth walls can be used when there is not enough draft, or there is no wall that separates the warm and cold channel to reduce heat transfer between them.
  • the use of additional properties and advantages described in private embodiments of the invention is designed to increase the intensity of heat transfer between the walls of the channels and the ground or a warm structure.
  • FIG. 1 illustrates an example of a vertical heat shield structure erected along a heat generating well.
  • FIG. 2 illustrates an example of a heat-shielding structure, inside which a heat source is placed to heat the layer of ascending air masses.
  • FIG. For - FIG. Ze illustrate examples of cross-sections of a cylindrical heat-shielding structure.
  • FIG. 4 illustrates a horizontal heat shield structure inside which an underground heat pipe is placed.
  • FIGA illustrates a heat-shielding structure, inside which an underground heat-generating tank is located.
  • FIG.6 illustrates a heat-shielding structure, outside of which heat-generating equipment is installed or a structure is placed.
  • FIG.1 shows an example of a heat-shielding structure obtained by implementing the claimed method, in which the heat-generating object 1 is represented by a production well 1, which is a layer heating source for ascending air masses 2.
  • a production well 1 which is a layer heating source for ascending air masses 2.
  • the first pipe has a larger diameter than the second pipe.
  • the first pipe is immersed in soil 4 to a greater depth than the second pipe. Both pipes are open in the terminal underground and aboveground parts.
  • the layer for descending air masses 3 is formed by an annular space between the inner wall of the first pipe and the outer wall of the second pipe.
  • the layer for ascending air masses is formed by the space between the inner wall of the second pipe and the wall of the production well.
  • the chambers 5 for communicating the layers 2 and 3 are formed by the space resulting from the fact that the pipes are immersed to different depths. The difference in the depth of immersion of the pipes is the height of the chambers 5.
  • FIG.2 shows an example of a design obtained by implementing the claimed method, in which the heating source of the layer for ascending air masses 2 is a heat-generating engineering structure 6.
  • the structure 6 can be specially placed in the ground to play the role of an energy pump that improves the intensity of mass transfer to prevent ground defrosting.
  • layer 2 consists of a single channel, although in the presented design options, technical solutions can be applied to place several channels in layer 2, each of which may consist, in particular, of separate pipes arbitrary shape, immersed in the annular space.
  • Layer 3 consists of one channel, although by analogy with the implementation of layer 2, it may contain several channels, represented by pipes placed in the space between the inner wall of the second pipe and the well wall.
  • the channels of layers 2 and 3 are hollow bodies of arbitrary section, open from the end parts, facilitating the passage of air masses from the atmosphere in the direction of the chambers 5 of the structure and, conversely, from the chambers 5 in the direction of the atmosphere.
  • the inlet for atmospheric air is the layer for descending air masses 3, the outlet is the layer for ascending air masses 2.
  • the air in layer 2 is heated and rises due to natural draft, while the air in layer 3 descends in the direction of chamber 5.
  • Cold air masses moving down layer 3 displace warm air masses from layer 2, thereby minimizing heat transfer from the borehole wall 1 towards soil 4.
  • Cold atmospheric air in layer 3 contributes to maintaining a low temperature of the soil surrounding the structure.
  • FIG. For - Ze presents examples of cross-sections of a cylindrical heat-shielding structure.
  • FIG. 3 shows a cross section of a structure whose internal walls are substantially smooth.
  • the design contains layer 2 for ascending air masses and layer 3 for descending air masses.
  • FIG. 36 shows a cross-section of the structure, in which the inner wall of the layer 2 adjacent to the heat-producing object 1, as well as the outer wall of the layer 3 adjacent to the ground, are provided with ribs 7 in the form of a radiator.
  • the inner wall of layer 3 and the outer wall of layer 2 do not have ribs, which helps to reduce heat transfer between the layers and increase the speed of movement of air masses.
  • FIG. 3v shows a cross-section of the structure, inside which longitudinal stiffeners 8 are made.
  • the said stiffeners 8 provide reinforcement of the structure and perform the function of dividing its internal space into a layer for ascending air masses and a layer for descending air masses.
  • FIG. 3g shows a cross section of a structure filled with a heat-insulating filler 9.
  • Layers for ascending and descending air masses are formed by making longitudinal cavities (channels) 10 in a heat-insulating filler 9.
  • Polyurethane foam, extruded polystyrene foam or a similar material with sleeves can be used as a heat-insulating filler 9 or without them.
  • FIG. 3d shows a cross section of a structure with screw-shaped separators 11. Screw separators are necessary in order to increase the time during which the air flow passes through the channels of the structure.
  • FIG. Ze shows a cross-section of the structure, which is formed by three layers 2, 3. Of these, two layers can be designed either for ascending or descending air masses. Each of the layers can be clogged on the soil surface to exclude it from air circulation and use it as an independent air heat-insulating layer.
  • FIG.4 shows an example of a design obtained by implementing the claimed method, in which the layer heating source for ascending air masses 2 is an underground heat pipe 12 oriented in space predominantly horizontally.
  • a through casing 13 is used, which can be a pipe immersed in the ground and placed coaxially with an underground pipeline 12.
  • the spatial configuration of the casing 13 can repeat the spatial configuration of the pipeline 12.
  • the casing 13 may also repeat such a configuration.
  • the casing 13 is made closed from two side end parts, but with through holes through which the pipeline 12 can pass and with holes for the inlet and outlet of air masses.
  • a horizontal partition 14 is made, separating layers 2 and 3 in order to separate warm and cold air masses and prevent heat transfer between them when they move along the pipeline.
  • a gap is made between the partition and one of the side end parts of the casing, which is a chamber 5 for communicating layers 2 and 3.
  • Layers 2 and 3 have parts 15 protruding above the soil surface 4, through which their cavities communicate with the atmosphere.
  • Masses of cold air from the atmosphere entering the layer for descending air masses 3 move along it in the direction of chamber 5, displacing in layer 2 masses of warm air that heat up in direct contact with pipeline 12. Due to mass transfer in layers 2 and 3, masses of warm air enter the atmosphere, and thereby reduces the thawing effect of the pipeline 7 on the surrounding soil 4.
  • FIG.5 shows an example of a design obtained by implementing the claimed method, in which the heating source of the layer for ascending air masses 2 is a heat-generating underground tank 16.
  • Layers 2 and 3 are formed inside the hollow sarcophagus 17, in which the container 16 is located during the construction of the heat-shielding structure.
  • the layer for descending air masses 3 communicates with layer 2 through chamber 5, made in the sarcophagus near the base of the container 16.
  • vertical partitions 18 are provided in the sarcophagus.
  • Masses of cold air from the atmosphere entering the layer for descending air masses 3 move along it in the direction of chamber 5, displacing the masses in layer 2 warm air, heated by direct contact with the underground tank 16. Due to the mass transfer in layers 2 and 3, masses of warm air enter the atmosphere, and thereby the warming effect of the tank 16 on the surrounding soil is reduced.
  • the soil located in proximity to the heat-generating object is additionally frozen along layers 2 and 3 due to the movement of cold atmospheric air masses.
  • FIG. 6 shows an example of a structure, outside of which a heat generating equipment or structure 19 is installed.
  • the heat of this equipment 19 is used to provide natural draft that promotes the movement of air masses through layers 2 and 3 of the structure. Due to the movement of cold air masses, cooling of the soil 4 in the base around the piles 20 of the equipment or structure 19 is provided.
  • the equipment, the structure can communicate with the wall of one of the pipes. Also, equipment, a structure can be placed at a distance from the wall of one of the pipes. In the latter case, the heating of the channel occurs due to thermal radiation or convective heat transfer from equipment, structures.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Agronomy & Crop Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Paleontology (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Central Air Conditioning (AREA)

Abstract

The invention relates to the construction of heat protection structures, and more particularly to a method of cooling the ground. The present ground cooling method includes the steps of providing in the ground a layer for descending air masses, which consists of at least one hollow channel, and a layer for ascending air masses, which is at least partially insulated from said layer and which consists of at least one hollow channel. Said layers communicate with one another via at least one chamber. The hollow channels are connected in their aboveground portions to the atmosphere and allow the passage of masses of air. The layer for ascending air masses is heated. The technical result is an improvement in the cooling effect on subsurface portions of the ground.

Description

Способ охлаждения грунта Soil cooling method
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ FIELD OF TECHNOLOGY
Настоящее изобретение относится к области возведения теплозащитных конструкций, а именно к способу охлаждения грунта. Изобретение может быть использовано для сохранения свойств грунтов, например, вечномерзлых грунтов, путем сохранения, понижения их температуры. The present invention relates to the field of construction of heat-shielding structures, and in particular to a method of cooling the soil. The invention can be used to preserve the properties of soils, for example, permafrost soils, by maintaining, lowering their temperature.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ BACKGROUND OF THE INVENTION
Известно прямоточное естественно-конвективное устройство для термостабилизации мерзлого грунта, раскрытое в патенте РФ на полезную модель №RU132878 (опубл. 15.08.2012). Известное устройство содержит горизонтально расположенный трубчатый испаритель, по длине которого установлены концевые конденсаторные блоки и промежуточный блок. Промежуточный конденсаторный блок осуществляет прием пара и сток конденсата одновременно на два участка испарителя, примыкающих к концевым конденсаторным блокам. Концевые конденсаторные блоки осуществляют односторонний прием пара и сток конденсата. A direct-flow natural-convection device for thermal stabilization of frozen soil is known, disclosed in the RF patent for utility model No. RU132878 (publ. 15.08.2012). The known device contains a horizontally located tubular evaporator, along the length of which end condenser blocks and an intermediate block are installed. The intermediate condenser block receives steam and drains condensate simultaneously to two sections of the evaporator adjacent to the end condenser blocks. End condenser blocks carry out one-sided steam intake and condensate drain.
Известно устройство для термоизоляции скважин в многолетнемерзлых породах, раскрытое в патенте РФ на изобретение №RU2625830 (опубл. 19.07.2017). Известное устройство содержит теплоизолирующую конструкцию между стенкой скважины и эксплуатационной трубой. Последняя содержит две коаксиально расположенные трубы, в межтрубном пространстве образованы две камеры - внутренняя и внешняя. Среда камер обеспечивает отвод теплового потока, причем внешняя камера заполнена незамерзающей средой, а внутренняя - теплоносителем для отвода внутренней теплоты скважины. Помимо этого, внутренняя камера оборудована системой принудительной циркуляции теплоносителя. A device for thermal insulation of wells in permafrost is known, disclosed in the RF patent for the invention No. RU2625830 (publ. 19.07.2017). The known device contains a heat-insulating structure between the borehole wall and the production pipe. The latter contains two coaxially located pipes, two chambers are formed in the annular space - internal and external. The environment of the chambers ensures the removal of the heat flow, and the outer chamber is filled with a non-freezing medium, and the inner chamber is filled with a heat carrier to remove the internal heat of the well. In addition, the inner chamber is equipped with a system of forced circulation of the coolant.
Известно устройство для термоизоляции скважин в многолетнемерзлых породах, раскрытое в авторском свидетельстве СССР №SU1767162 (опубл. 07.10.1992). Известное устройство включает две коаксиально расположенные трубы, частично погруженные в грунт и образующие герметичную кольцевую полость. Полость заполнена охлаждающей жидкостью. Кольцевая полость разделена на две камеры вертикальной перегородкой, установленной в этой полости концентрично. Внутри полости образованы перепускные каналы, через которые сообщаются упомянутые камеры. Камеры заполнены охлаждающей жидкостью, которая не кипит при температуре работы скважины. Известно устройство для охлаждения вечномерзлых грунтов, раскрытое в патенте РФ на полезную модель №RU91723 (опубл. 27.02.2010). Известное устройство состоит из частично погруженной в грунт оболочки, имеющей замкнутую сквозную полость, образованную двумя параллельными трубами - для нисходящих и восходящих потоков воздуха, сообщенными перепускным каналом снизу. В верхней части трубы для нисходящих потоков воздуха имеется вырез, позволяющий охлажденному воздуху свободно поступать в полость, вытесняя более теплый (более легкий) воздух в трубу для восходящих потоков. Из этой трубы воздух поступает в воздушную полость теплообменника. A device for thermal insulation of wells in permafrost is known, disclosed in the USSR author's certificate No. SU1767162 (publ. 07.10.1992). The known device includes two coaxially arranged pipes, partially submerged in the ground and forming a sealed annular cavity. The cavity is filled with coolant. The annular cavity is divided into two chambers by a vertical partition installed concentrically in this cavity. Bypass channels are formed inside the cavity through which said chambers communicate. The chambers are filled with coolant that does not boil at the operating temperature of the well. A device for cooling permafrost soils is known, disclosed in the RF patent for utility model No. RU91723 (publ. 27.02.2010). The known device consists of a shell partially submerged in the ground, having a closed through cavity formed by two parallel pipes - for descending and ascending air flows, communicated by a bypass channel from below. The top of the downflow tube has a cutout to allow cooler air to flow freely into the cavity, forcing warmer (lighter) air into the upflow tube. From this pipe, air enters the air cavity of the heat exchanger.
Общим недостатком известных аналогов является использование эффекта теплообмена между газовыми массами для обеспечения охлаждающего воздействия на грунт. При циркуляции воздуха или другого рабочего тела, например, хладагента, в контуре охлаждающей конструкции достигается сравнительно низкая охлаждающая способность. A common disadvantage of the known analogues is the use of the effect of heat exchange between gas masses to provide a cooling effect on the soil. By circulating air or another working medium, such as a refrigerant, a relatively low cooling capacity is achieved in the circuit of the cooling structure.
Известно устройство для охлаждения вечномерзлых грунтов, раскрытое в патенте РФ на полезную модель №RU120111 (опубл. 10.09.2012). Устройство выполнено в виде трубчатого корпуса, частично погруженного в грунт и содержащего расположенную коаксиально корпусу внутреннюю трубу. В нижней части труба корпуса и внутренняя труба соединены каналом. Пространство между корпусом и внутренней трубой в верхней части соединено с вытяжной трубой. A device for cooling permafrost soils is known, disclosed in the RF patent for utility model No. RU120111 (publ. 10.09.2012). The device is made in the form of a tubular body, partially submerged in the ground and containing an inner pipe located coaxially to the body. In the lower part, the body pipe and the inner pipe are connected by a channel. The space between the body and the inner pipe is connected to the exhaust pipe in the upper part.
Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая интенсивность замещения масс теплого воздуха внутри конструкции массами холодного атмосферного воздуха. Это обусловлено отсутствием подведения тепла, которое могло бы интенсифицировать процесс, и приводит к невысокой охлаждающей способности известного решения. A disadvantage of the known device is the relatively low intensity of the replacement of warm air masses inside the structure with cold atmospheric air masses. This is due to the absence of heat supply, which could intensify the process, and leads to a low cooling capacity of the known solution.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ DISCLOSURE OF THE INVENTION
Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в обеспечении тепловой защиты грунта от растепляющих воздействий естественного или техногенного характера. The technical problem solved by the present invention is to provide thermal protection of the soil from thawing effects of a natural or man-made nature.
Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в улучшении охлаждающего воздействия на заглубленные части грунта. The technical result achieved in the implementation of the invention is to improve the cooling effect on the buried parts of the soil.
Изобретение раскрывает способ охлаждения грунта, в котором в грунте обеспечивают слой для нисходящих масс воздуха, состоящий по меньшей мере из одного полого канала, и по меньшей мере частично изолированный от этого слоя слой для восходящих масс воздуха, состоящий по меньшей мере из одного полого канала. Упомянутые слои выполняют сообщенными между собой по меньшей мере одной камерой. Полые каналы выполняют соединенными с атмосферой в их надземных частях и обеспечивают через них прохождение масс воздуха. Слой для восходящих масс воздуха подвергают нагреву. The invention discloses a method for cooling the soil, in which a layer for descending air masses is provided in the soil, consisting of at least one hollow channel, and at least partially isolated from this layer layer for ascending air masses, consisting of at least one hollow channel. Said layers are connected to each other by at least one chamber. Hollow channels are connected to the atmosphere in their above-ground parts and ensure the passage of air masses through them. The layer for ascending air masses is heated.
Дополнительные преимущества и существенные признаки настоящего изобретения могут быть представлены в следующих частных вариантах осуществления. Additional advantages and essential features of the present invention can be presented in the following particular embodiments.
В частности, слой для нисходящих масс воздуха и слой для восходящих масс воздуха выполняют протяженными в произвольном направлении внутри грунта. In particular, the layer for descending air masses and the layer for ascending air masses are extended in an arbitrary direction inside the soil.
В частности, слой для нисходящих масс воздуха окружает слой для восходящих масс воздуха. In particular, the descending air mass layer surrounds the ascending air mass layer.
В частности, слой для восходящих масс воздуха подвергают нагреву в его подземной части. In particular, the layer for ascending air masses is subjected to heating in its underground part.
В частности, слой для восходящих масс воздуха подвергают нагреву в его надземной части. In particular, the layer for ascending air masses is subjected to heating in its above-ground part.
В частности, полые каналы каждого слоя объединяют в коллекторы, при этом коллекторы для каналов разных слоев разносят между собой таким образом, чтобы массы воздуха, покидающее каналы слоя для восходящих масс воздуха, не смешивались с массами воздуха, попадающими в каналы слоя для нисходящих масс воздуха. In particular, the hollow channels of each layer are combined into collectors, while the collectors for the channels of different layers are spaced apart so that the air masses leaving the layer channels for ascending air masses do not mix with the air masses entering the layer channels for descending air masses. .
В частности, между слоем для нисходящих масс воздуха и слоем для восходящих масс воздуха погружают сообщенный с ними промежуточный слой, состоящий по меньшей мере из одного полого канала. In particular, between the layer for descending air masses and the layer for ascending air masses, an intermediate layer connected with them, consisting of at least one hollow channel, is immersed.
В частности, полые каналы слоя для нисходящих масс воздуха выполняют с возможностью закупоривания на поверхности грунта. In particular, the hollow channels of the layer for descending air masses are made with the possibility of clogging on the soil surface.
В частности, слои сообщают между собой по меньшей мере только вблизи их подземных оконечных частей. In particular, the layers communicate with each other at least only in the vicinity of their subterranean ends.
В частности, каналы выполняют цилиндрическими. In particular, the channels are made cylindrical.
В частности, каналы выполняют с переменным поперечным сечением сложной формы. In particular, the channels are made with a variable cross section of a complex shape.
В частности, каналы выполняют спиралевидными. In particular, the channels are helical.
В частности, боковые поверхности каналов выполняют воздухонепроницаемыми. В частности, боковые поверхности каналов выполняют теплоизолированными.In particular, the side surfaces of the channels are airtight. In particular, the side surfaces of the channels are thermally insulated.
В частности, боковые поверхности каналов выполняют светоотражающими. В частности, боковые поверхности каналов выполняют светопоглощающими.In particular, the side surfaces of the channels are reflective. In particular, the side surfaces of the channels are made light-absorbing.
В частности, боковые поверхности каналов выполняют по существу гладкими.In particular, the side surfaces of the channels are substantially smooth.
В частности, боковые поверхности каналов снабжают неровностями или ребрами по типу радиатора. In particular, the side surfaces of the channels are provided with bumps or ribs in the manner of a radiator.
Улучшение охлаждающего воздействия в настоящем изобретении достигается за счет эффекта массообмена, при проявлении которого массы холодного воздуха из атмосферы проникают внутрь грунта по полым каналам слоя для нисходящих масс и вытесняют массы теплого воздуха, которые, соответственно, поднимаются по полым каналам слоя для восходящих масс вверх из глубинной части грунта и попадают в атмосферу. Для того чтобы обеспечить прохождение масс воздуха по массообменным слоям, предусматривают одну или несколько камер, сообщающих полые каналы разных слоев. Для того чтобы избежать смешивания масс воздуха и теплообмена на поверхности грунта, оконечные части каналов разводят между собой, например, объединяя их в коллекторы, входные и выходные отверстия которых удалены друг от друга таким образом, чтобы избежать попадания масс теплого воздуха, выведенных из грунта, обратно в полые каналы слоя для нисходящих масс воздуха. The improvement of the cooling effect in the present invention is achieved due to the effect of mass transfer, in the manifestation of which masses of cold air from the atmosphere penetrate into the soil through the hollow channels of the layer for descending masses and displace the masses of warm air, which, respectively, rise through the hollow channels of the layer for ascending masses upward from deep part of the soil and enter the atmosphere. In order to ensure the passage of air masses through the mass-transfer layers, one or more chambers are provided that communicate hollow channels of different layers. In order to avoid mixing of air masses and heat exchange on the soil surface, the end parts of the channels are separated from each other, for example, by combining them into collectors, the inlets and outlets of which are removed from each other in such a way as to avoid the ingress of warm air masses removed from the ground, back into the hollow channels of the layer for descending air masses.
При этом массообмен оказывает охлаждающее воздействие в значительной степени быстрее, чем теплообмен, поскольку способствует удалению масс теплого воздуха из системы каналов полностью за счет их замещения массами холодного атмосферного воздуха, в сравнении с эффектом теплообмена, при котором массы теплого воздуха охлаждаются под воздействием какого-либо рабочего тела, имеющего более низкую температуру. При этом эффект теплообмена объективно проявляется при контактах между массами воздуха, обладающих разной температурой, но не вносит существенного вклада в улучшение охлаждающего воздействия на грунт. At the same time, mass transfer has a cooling effect much faster than heat transfer, since it helps to remove masses of warm air from the system of channels completely due to their replacement by masses of cold atmospheric air, in comparison with the effect of heat transfer, in which masses of warm air are cooled under the influence of some working fluid at a lower temperature. In this case, the effect of heat transfer is objectively manifested during contacts between air masses with different temperatures, but does not make a significant contribution to improving the cooling effect on the soil.
Улучшению охлаждающего воздействия также способствует интенсивность массообмена, т.е. скорости замещения масс теплого воздуха массами холодного воздуха. Интенсивность массообмена зависит от протяженности полых каналов массообменных слоев. Отсутствие системы специальных трубок, необходимых для обеспечения циркуляции рабочего тела, отличного от атмосферного воздуха, позволяет устанавливать внутри грунта каналы произвольной протяженности. При этом чем выше высота столбов воздуха с разными температурами и, следовательно, плотностями, тем сильнее тяга и выше скорость прохождения воздуха по каналам. The intensity of mass transfer also contributes to the improvement of the cooling effect, i.e. the rate of replacement of warm air masses by cold air masses. The intensity of mass transfer depends on the length of the hollow channels of the mass transfer layers. The absence of a system of special tubes necessary to ensure the circulation of the working fluid, which is different from atmospheric air, makes it possible to install channels of arbitrary length inside the soil. At the same time, the higher the height of the air columns with different temperatures and, consequently, densities, the stronger the thrust and the higher the speed of air passage through the channels.
Также интенсивность массообмена зависит от разницы температур атмосферного воздуха и теплого воздуха, который необходимо удалить из глубины грунта. Чем температура теплого воздуха выше, тем он легче, соответственно, быстрее поднимается на поверхность. Аналогично, более холодный воздух тяжелее и потому быстрее вытесняет массы теплого воздуха. Для того чтобы увеличить разницу в температурах, слой для восходящих масс воздуха подвергают нагреву. Нагрев может быть подведен к этому слою от источника тепла, которым может являться, например, горячая добывающая скважина, подземное, наземное или надземное оборудование, иное тепловыделяющее сооружение. При этом возможен случай, при котором источник тепла является надземным сооружением, например, газовым факелом для сжигания попутного газа. Also, the intensity of mass transfer depends on the temperature difference between atmospheric air and warm air, which must be removed from the depth of the soil. How The temperature of warm air is higher, the easier it is, respectively, it rises to the surface faster. Similarly, colder air is heavier and therefore displaces masses of warm air faster. In order to increase the difference in temperature, the layer for the ascending air masses is subjected to heating. Heating can be supplied to this layer from a heat source, which can be, for example, a hot production well, underground, surface or aboveground equipment, or another heat generating structure. In this case, a case is possible in which the heat source is an above-ground structure, for example, a gas flare for burning associated gas.
Улучшение охлаждающего воздействия также достигается за счет различных частных выполнений узлов, задействованных в осуществление способа. Improvement in the cooling effect is also achieved through various private implementations of the nodes involved in the implementation of the method.
Полые каналы могут иметь по существу произвольную конфигурацию. В частном варианте осуществления стенки полых каналов проходят вдоль тепловыделяющего сооружения. Если таким сооружением является тепловыделяющая добывающая скважина, то полые каналы ориентированы вертикально и примыкают своими стенками к стенкам скважины. Если таким сооружением является залегающая внутри грунта тепловыделяющая труба, части которой имеют сложную конфигурацию в пространстве, то полые каналы слоя для восходящих масс воздуха по существу повторяют эту конфигурацию. При этом полые каналы слоя для нисходящих масс воздуха не обязательно параллельны каналам слоя для восходящих масс и могут проходить в глубине грунта таким образом, чтобы охлаждать как можно больший объем грунта не только в вертикальном направлении (вглубь грунта), но и в горизонтальном (вширь). Hollow channels can have a substantially arbitrary configuration. In a particular embodiment, the walls of the hollow channels extend along the fuel structure. If such a structure is a heat-generating production well, then the hollow channels are oriented vertically and adjoin with their walls to the walls of the well. If such a structure is a heat-producing pipe lying inside the ground, parts of which have a complex configuration in space, then the hollow channels of the layer for ascending air masses essentially repeat this configuration. At the same time, the hollow channels of the layer for descending air masses are not necessarily parallel to the channels of the layer for ascending masses and can pass in the depth of the soil in such a way as to cool the largest possible volume of soil not only in the vertical direction (deep into the soil), but also horizontally (in breadth) .
Полые каналы могут также иметь различное выполнение внутренних и внешних поверхностей их стенок. Hollow channels can also have different designs of the inner and outer surfaces of their walls.
На внутренних поверхностях полых каналов могут быть выполнены неровности по типу радиатора, позволяющие увеличить площадь теплообмена между стенкой канала и холодным воздухом для того, чтобы дополнительно интенсифицировать отъем тепла от грунта. On the inner surfaces of the hollow channels, irregularities of the type of a radiator can be made, which make it possible to increase the area of heat exchange between the channel wall and cold air in order to further intensify the removal of heat from the ground.
Помимо этого, боковые поверхности каналов могут быть выполнены воздухонепроницаемыми и теплоизолированными, чтобы исключить возможность теплообмена между массами воздуха, находящихся в разных каналах, если они примыкают стенками друг к другу. Также боковые поверхности каналов слоя для восходящих масс воздуха могут быть выполнены светопоглощающими, чтобы использовать тепловое излучение для их большего нагрева, при этом внутренние поверхности каналов слоя для нисходящих масс воздуха, наоборот, выполняют светоотражающими, чтобы уменьшить влияние теплового излучения на их температуру. In addition, the side surfaces of the channels can be made airtight and thermally insulated in order to exclude the possibility of heat exchange between air masses located in different channels if they are adjacent to each other by walls. Also, the side surfaces of the channels of the layer for ascending air masses can be made light-absorbing in order to use thermal radiation for their greater heating, while the internal the surfaces of the layer channels for descending air masses, on the contrary, are reflective in order to reduce the effect of thermal radiation on their temperature.
Помимо этого, боковые поверхности каналов выполняют по существу гладкими, чтобы уменьшить площадь теплообмена между грунтом и стенками каналов, либо, наоборот, снабжают неровностями или ребрами по типу радиатора, чтобы увеличить площадь теплообмена между источником нагрева и стенками каналов. При этом форма канала влияет на скорость движения воздуха. В свою очередь, увеличение скорости движения воздуха улучшает характеристики теплообмена. Гладкие стенки могут быть использованы, когда не хватает тяги, или отсутствует стенка, которая разделяет теплый и холодный канал, чтобы уменьшить теплообмен между ними. Использование дополнительных свойств и преимуществ, описанных в частных вариантах осуществления изобретения, призвано повысить интенсивность теплообмена между стенками каналов и грунтом или теплым сооружением. In addition, the side surfaces of the channels are made substantially smooth to reduce the heat exchange area between the soil and the channel walls, or, conversely, they are provided with bumps or fins like a radiator to increase the heat exchange area between the heat source and the channel walls. In this case, the shape of the channel affects the speed of air movement. In turn, increasing the air velocity improves the heat transfer characteristics. Smooth walls can be used when there is not enough draft, or there is no wall that separates the warm and cold channel to reduce heat transfer between them. The use of additional properties and advantages described in private embodiments of the invention is designed to increase the intensity of heat transfer between the walls of the channels and the ground or a warm structure.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
ФИГ.1 иллюстрирует пример вертикальной теплозащитной конструкций, возведенной вдоль тепловыделяющей скважины. FIG. 1 illustrates an example of a vertical heat shield structure erected along a heat generating well.
ФИГ.2 иллюстрирует пример теплозащитной конструкции, внутри которой размещен источник тепла для нагрева слоя восходящих масс воздуха. FIG. 2 illustrates an example of a heat-shielding structure, inside which a heat source is placed to heat the layer of ascending air masses.
ФИГ. За - ФИГ. Зе иллюстрируют примеры поперечных сечений цилиндрической теплозащитной конструкции. FIG. For - FIG. Ze illustrate examples of cross-sections of a cylindrical heat-shielding structure.
ФИГ.4 иллюстрирует горизонтальную теплозащитную конструкцию, внутри которой размещена подземная тепловыделяющая труба. FIG. 4 illustrates a horizontal heat shield structure inside which an underground heat pipe is placed.
ФИГА иллюстрирует теплозащитную конструкцию, внутри которой размещена подземная тепловыделяющая емкость. FIGA illustrates a heat-shielding structure, inside which an underground heat-generating tank is located.
ФИГ.6 иллюстрирует теплозащитную конструкцию, снаружи которой установлено тепловыделяющее оборудование или размещено сооружение. FIG.6 illustrates a heat-shielding structure, outside of which heat-generating equipment is installed or a structure is placed.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
На ФИГ.1 представлен пример теплозащитной конструкции, полученной при осуществлении заявленного способа, в котором тепловыделяющий объект 1 представлен добывающей скважиной 1, которая является источником нагрева слоя для восходящих масс воздуха 2. Для создания слоев 2 и 3 использованы две цилиндрические трубы, размещенные коаксиально. Первая труба имеет больший диаметр, чем вторая труба. Первая труба погружена в грунт 4 на большую глубину, чем вторая труба. Обе трубы являются открытыми в оконечных подземных и надземных частях. Слой для нисходящих масс воздуха 3 образован межтрубным пространством между внутренней стенкой первой трубы и внешней стенкой второй трубы. Слой для восходящих масс воздуха образован пространством между внутренней стенкой второй трубы и стеной добывающей скважины. FIG.1 shows an example of a heat-shielding structure obtained by implementing the claimed method, in which the heat-generating object 1 is represented by a production well 1, which is a layer heating source for ascending air masses 2. To create layers 2 and 3, two cylindrical pipes placed coaxially were used. The first pipe has a larger diameter than the second pipe. The first pipe is immersed in soil 4 to a greater depth than the second pipe. Both pipes are open in the terminal underground and aboveground parts. The layer for descending air masses 3 is formed by an annular space between the inner wall of the first pipe and the outer wall of the second pipe. The layer for ascending air masses is formed by the space between the inner wall of the second pipe and the wall of the production well.
Камеры 5 для сообщения слоев 2 и 3 образованы пространством, полученным в результате того, что трубы погружены на различную глубину. Разница в глубине погружения труб составляет высоту камер 5. The chambers 5 for communicating the layers 2 and 3 are formed by the space resulting from the fact that the pipes are immersed to different depths. The difference in the depth of immersion of the pipes is the height of the chambers 5.
На ФИГ.2 представлен пример конструкции, полученной при осуществлении заявленного способа, в котором источником нагрева слоя для восходящих масс воздуха 2 является тепловыделяющая инженерная конструкция 6. В частности, конструкция 6 может быть специально размещена в грунте для выполнения роли энергонасоса, способствующего улучшению интенсивности массообмена для предотвращения размораживания грунта. FIG.2 shows an example of a design obtained by implementing the claimed method, in which the heating source of the layer for ascending air masses 2 is a heat-generating engineering structure 6. In particular, the structure 6 can be specially placed in the ground to play the role of an energy pump that improves the intensity of mass transfer to prevent ground defrosting.
В соответствии с ФИГ.1, ФИГ.2, слой 2 состоит из одного канала, хотя в представленных вариантах конструкции, могут быть применены технические решения, позволяющие разместить в слое 2 несколько каналов, каждый из которых может состоять, в частности, из отдельных труб произвольной формы, погруженных в межтрубное пространство. Слой 3 состоит из одного канала, хотя по аналогии с выполнением слоя 2, может содержать несколько каналов, представленных трубами, размещенными в пространстве между внутренней стенкой второй трубы и стеной скважины. Во всех случаях каналы слоев 2 и 3 являются полыми телами произвольного сечения, открытые с оконечных частей, способствующие прохождению воздушных масс из атмосферы в направлении камер 5 конструкции и, наоборот, от камер 5 в направлении атмосферы. In accordance with FIG.1, FIG.2, layer 2 consists of a single channel, although in the presented design options, technical solutions can be applied to place several channels in layer 2, each of which may consist, in particular, of separate pipes arbitrary shape, immersed in the annular space. Layer 3 consists of one channel, although by analogy with the implementation of layer 2, it may contain several channels, represented by pipes placed in the space between the inner wall of the second pipe and the well wall. In all cases, the channels of layers 2 and 3 are hollow bodies of arbitrary section, open from the end parts, facilitating the passage of air masses from the atmosphere in the direction of the chambers 5 of the structure and, conversely, from the chambers 5 in the direction of the atmosphere.
Впускным для атмосферного воздуха является слой для нисходящих масс воздуха 3, выпускным является слой для восходящих масс воздуха 2. При эксплуатации скважины воздух в слое 2 нагревается и поднимается за счет естественной тяги, при этом воздух в слое 3 опускается в направлении камеры 5. Холодные воздушные массы, перемещающиеся вниз по слою 3, вытесняют теплые воздушные массы из слоя 2, за счет чего минимизируется теплопередача от стены скважины 1 в направлении грунта 4. Чем сильнее заглублена добывающая скважина, тем сильнее естественная тяга, за счет которой происходит замещение, вытеснение теплых воздушных масс. Холодный атмосферный воздух в слое 3 способствует сохранению низкой температуры окружающего сооружение грунта. The inlet for atmospheric air is the layer for descending air masses 3, the outlet is the layer for ascending air masses 2. During the operation of the well, the air in layer 2 is heated and rises due to natural draft, while the air in layer 3 descends in the direction of chamber 5. Cold air masses moving down layer 3 displace warm air masses from layer 2, thereby minimizing heat transfer from the borehole wall 1 towards soil 4. Than the deeper the production well is, the stronger the natural draft, due to which the replacement, displacement of warm air masses occurs. Cold atmospheric air in layer 3 contributes to maintaining a low temperature of the soil surrounding the structure.
На ФИГ. За - Зе представлены примеры поперечных сечений цилиндрической теплозащитной конструкции. FIG. For - Ze presents examples of cross-sections of a cylindrical heat-shielding structure.
На ФИГ. За представлено поперечное сечение конструкции, внутренние стенки которой по существу выполнены гладкими. Конструкция содержит слой 2 для восходящих масс воздуха и слой 3 для нисходящих масс воздуха. FIG. 3 shows a cross section of a structure whose internal walls are substantially smooth. The design contains layer 2 for ascending air masses and layer 3 for descending air masses.
На ФИГ. 36 представлено поперечное сечение конструкции, в которой внутренняя стенка слоя 2, примыкающая к тепловыделяющему объекту 1, а также внешняя стенка слоя 3, примыкающая к грунту, снабжены ребрами 7 по типу радиатора. Внутренняя стенка слоя 3 и внешняя стенка слоя 2 не имеют ребер, что способствует уменьшению теплообмена между слоями и увеличению скорости перемещения воздушных масс. FIG. 36 shows a cross-section of the structure, in which the inner wall of the layer 2 adjacent to the heat-producing object 1, as well as the outer wall of the layer 3 adjacent to the ground, are provided with ribs 7 in the form of a radiator. The inner wall of layer 3 and the outer wall of layer 2 do not have ribs, which helps to reduce heat transfer between the layers and increase the speed of movement of air masses.
На ФИГ Зв представлено поперечное сечение конструкции, внутри которой выполнены продольные ребра жесткости 8. Указанные ребра жесткости 8 обеспечивают усиление конструкции и выполнение функции разделения ее внутреннего пространства на слой для восходящих масс воздуха и слой для нисходящих масс воздуха. FIG. 3v shows a cross-section of the structure, inside which longitudinal stiffeners 8 are made. The said stiffeners 8 provide reinforcement of the structure and perform the function of dividing its internal space into a layer for ascending air masses and a layer for descending air masses.
На ФИГ. Зг представлено поперечное сечение конструкции, которая заполнена теплоизолирующим наполнителем 9. Слои для восходящих и нисходящих масс воздуха сформированы путем выполнения продольных полостей (каналов) 10 в теплоизолирующем наполнителе 9. В качестве теплоизолирующего наполнителя 9 может быть применен пенополиуретан, экструдированный пенополистирол или аналогичный материал с гильзами либо без них. FIG. 3g shows a cross section of a structure filled with a heat-insulating filler 9. Layers for ascending and descending air masses are formed by making longitudinal cavities (channels) 10 in a heat-insulating filler 9. Polyurethane foam, extruded polystyrene foam or a similar material with sleeves can be used as a heat-insulating filler 9 or without them.
На ФИГ. Зд представлено поперечное сечение конструкции с разделителями винтовой формы 11. Винтовые разделители необходимы для того, чтобы увеличить время, за которое воздушный поток проходит по каналам конструкции. FIG. 3d shows a cross section of a structure with screw-shaped separators 11. Screw separators are necessary in order to increase the time during which the air flow passes through the channels of the structure.
На ФИГ. Зе представлено поперечное сечение конструкции, которая образована тремя слоями 2, 3. Из них два слоя могут быть предназначены либо для восходящих, либо для нисходящих масс воздуха. Каждый из слоев может быть закупорен на поверхности грунта для его исключения из циркуляции воздуха и использования в качестве самостоятельного воздушного теплоизолирующего слоя. FIG. Ze shows a cross-section of the structure, which is formed by three layers 2, 3. Of these, two layers can be designed either for ascending or descending air masses. Each of the layers can be clogged on the soil surface to exclude it from air circulation and use it as an independent air heat-insulating layer.
На ФИГ.4 представлен пример конструкции, полученной при осуществлении заявленного способа, в котором источником нагрева слоя для восходящих масс воздуха 2 является подземный тепловыделяющий трубопровод 12, ориентированный в пространстве преимущественно горизонтально. Для создания слоев 2 и 3 использован сквозной кожух 13, который может являться трубой, погруженной в грунт и размещенной коаксиально подземному трубопроводу 12. Пространственная конфигурация кожуха 13 может повторять пространственную конфигурацию трубопровода 12. В частности, если трубопровод 7 состоит из труб, меняющих свою ориентацию в пространстве, то кожух 13 может также повторять такую конфигурацию. Кожух 13 выполняют закрытым с двух боковых оконечных частей, но со сквозными отверстиями, через которые может проходить трубопровод 12 и с отверстиями для входа и выхода воздушных масс. FIG.4 shows an example of a design obtained by implementing the claimed method, in which the layer heating source for ascending air masses 2 is an underground heat pipe 12 oriented in space predominantly horizontally. To create layers 2 and 3, a through casing 13 is used, which can be a pipe immersed in the ground and placed coaxially with an underground pipeline 12. The spatial configuration of the casing 13 can repeat the spatial configuration of the pipeline 12. In particular, if the pipeline 7 consists of pipes that change their orientation in space, the casing 13 may also repeat such a configuration. The casing 13 is made closed from two side end parts, but with through holes through which the pipeline 12 can pass and with holes for the inlet and outlet of air masses.
Внутри кожуха 13 выполнена горизонтальная перегородка 14, разделяющая слои 2 и 3, чтобы разделить между собой теплые и холодные воздушные массы и не допустить между ними теплопередачи при их перемещении вдоль трубопровода. Между перегородкой и одной из боковых оконечных частей кожуха выполнен зазор, являющийся камерой 5 для сообщения слоев 2 и 3. Слои 2 и 3 имеют выступающие над поверхностью грунта 4 части 15, через которые осуществляется сообщение их полостей с атмосферой. Inside the casing 13, a horizontal partition 14 is made, separating layers 2 and 3 in order to separate warm and cold air masses and prevent heat transfer between them when they move along the pipeline. A gap is made between the partition and one of the side end parts of the casing, which is a chamber 5 for communicating layers 2 and 3. Layers 2 and 3 have parts 15 protruding above the soil surface 4, through which their cavities communicate with the atmosphere.
Массы холодного воздуха из атмосферы, попадающие в слой для нисходящий масс воздуха 3, перемещаются по нему в направлении камеры 5, вытесняя в слое 2 массы теплого воздуха, нагревающиеся при непосредственном контакте с трубопроводом 12. За счет массообмена в слоях 2 и 3, массы теплого воздуха попадают в атмосферу, и тем самым снижается растепляющее воздействие трубопровода 7 на окружающий его грунт 4. Masses of cold air from the atmosphere entering the layer for descending air masses 3 move along it in the direction of chamber 5, displacing in layer 2 masses of warm air that heat up in direct contact with pipeline 12. Due to mass transfer in layers 2 and 3, masses of warm air enter the atmosphere, and thereby reduces the thawing effect of the pipeline 7 on the surrounding soil 4.
На ФИГ.5 представлен пример конструкции, полученной при осуществлении заявленного способа, в котором источником нагрева слоя для восходящих масс воздуха 2 является тепловыделяющая подземная емкость 16. FIG.5 shows an example of a design obtained by implementing the claimed method, in which the heating source of the layer for ascending air masses 2 is a heat-generating underground tank 16.
Слои 2 и 3 образованы внутри полого саркофага 17, в котором оказывается емкость 16 при возведении теплозащитной конструкции. Слой для нисходящих масс 3 воздуха сообщается со слоем 2 через камеру 5, выполненную в саркофаге вблизи основания емкости 16. Для того чтобы предотвратить смешивание масс воздуха при их поступлении в камеру 5 с двух разных сторон, в саркофаге предусмотрены вертикальные перегородки 18. Layers 2 and 3 are formed inside the hollow sarcophagus 17, in which the container 16 is located during the construction of the heat-shielding structure. The layer for descending air masses 3 communicates with layer 2 through chamber 5, made in the sarcophagus near the base of the container 16. In order to prevent mixing of air masses when they enter chamber 5 from two different sides, vertical partitions 18 are provided in the sarcophagus.
Массы холодного воздуха из атмосферы, попадающие в слой для нисходящий масс воздуха 3, перемещаются по нему в направлении камеры 5, вытесняя в слое 2 массы теплого воздуха, нагревающиеся при непосредственном контакте с подземной емкостью 16. За счет массообмена в слоях 2 и 3, массы теплого воздуха попадают в атмосферу, и тем самым снижается растепляющее воздействие емкости 16 на окружающий ее грунт. Masses of cold air from the atmosphere entering the layer for descending air masses 3 move along it in the direction of chamber 5, displacing the masses in layer 2 warm air, heated by direct contact with the underground tank 16. Due to the mass transfer in layers 2 and 3, masses of warm air enter the atmosphere, and thereby the warming effect of the tank 16 on the surrounding soil is reduced.
В зимний период грунт, находящийся в близости к тепловыделяющему объекту, дополнительно промораживается вдоль слоев 2 и 3 за счет перемещения масс холодного атмосферного воздуха. In winter, the soil located in proximity to the heat-generating object is additionally frozen along layers 2 and 3 due to the movement of cold atmospheric air masses.
В летний период оба слоя закупориваются сверху, отсекаются от атмосферы.In summer, both layers are clogged from above, cut off from the atmosphere.
На ФИГ.6 представлен пример конструкции, снаружи которой установлено тепловыделяющее оборудование или сооружение 19. Тепло этого оборудования 19 используется для обеспечения естественной тяги, способствующей перемещению масс воздуха по слоям 2 и 3 конструкции. За счет перемещения холодных масс воздуха обеспечивается охлаждение грунта 4 в основании вокруг свай 20 самого оборудования или сооружения 19. Оборудование, сооружение может сообщаться со стенкой одной из труб. Также оборудование, сооружение может быть размещено на расстоянии от стенки одной из труб. В последнем случае нагрев канала происходит за счет теплового излучения или конвективной теплопередачи от оборудования, сооружения. FIG. 6 shows an example of a structure, outside of which a heat generating equipment or structure 19 is installed. The heat of this equipment 19 is used to provide natural draft that promotes the movement of air masses through layers 2 and 3 of the structure. Due to the movement of cold air masses, cooling of the soil 4 in the base around the piles 20 of the equipment or structure 19 is provided. The equipment, the structure can communicate with the wall of one of the pipes. Also, equipment, a structure can be placed at a distance from the wall of one of the pipes. In the latter case, the heating of the channel occurs due to thermal radiation or convective heat transfer from equipment, structures.
Следует отметить, что представленное выше описание приведено в качестве примера, и не должно быть истолковано как ограничивающее объем охраны настоящего изобретения, определяемым исключительно объемом приложенной формулы изобретения. It should be noted that the above description is given by way of example and should not be construed as limiting the scope of protection of the present invention to be determined solely by the scope of the appended claims.
Несмотря на то, что описанные выше частные случаи осуществления приведены со ссылкой на конкретные примеры конструкций, созданные при выполнении действий в способе, специалисту должно быть очевидно, что на практике возможны иные варианты конструкций, снабженные дополнительными узлами, без отклонения от сущности настоящего изобретения. Although the particular cases described above are given with reference to specific examples of designs created when performing steps in the method, it should be obvious to the specialist that other designs are possible in practice, equipped with additional nodes, without deviating from the essence of the present invention.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Способ охлаждения грунта, в котором в грунте обеспечивают слой для нисходящих масс воздуха, состоящий по меньшей мере из одного полого канала, и по меньшей мере частично изолированный от этого слоя слой для восходящих масс воздуха, состоящий по меньшей мере из одного полого канала, при этом упомянутые слои выполняют сообщенными между собой по меньшей мере одной камерой, полые каналы выполняют соединенными с атмосферой в их надземных частях и обеспечивают через них прохождение масс воздуха, причем слой для восходящих масс воздуха подвергают нагреву. 1. A method for cooling the soil, in which a layer for descending air masses is provided in the soil, consisting of at least one hollow channel, and at least partially isolated from this layer a layer for ascending air masses, consisting of at least one hollow channel, at the same time, said layers are made interconnected by at least one chamber, the hollow channels are made connected to the atmosphere in their above-ground parts and ensure the passage of air masses through them, and the layer for ascending air masses is subjected to heating.
2. Способ по п.1, в котором слой для нисходящих масс воздуха и слой для восходящих масс воздуха выполняют протяженными в произвольном направлении внутри грунта. 2. The method according to claim 1, in which the layer for descending air masses and the layer for ascending air masses are extended in an arbitrary direction inside the soil.
3. Способ по п.1, в котором слой для нисходящих масс воздуха окружает слой для восходящих масс воздуха. 3. The method of claim 1, wherein the descending air mass layer surrounds the ascending air mass layer.
4. Способ по п.1, в котором слой для восходящих масс воздуха подвергают нагреву в его подземной части. 4. The method according to claim 1, in which the layer for ascending air masses is subjected to heating in its underground part.
5. Способ по п.1, в котором слой для восходящих масс воздуха подвергают нагреву в его надземной части. 5. The method according to claim 1, in which the layer for ascending air masses is subjected to heating in its above-ground part.
6. Способ по п.1, в котором полые каналы каждого слоя объединяют в коллекторы, при этом коллекторы для каналов разных слоев разносят между собой таким образом, чтобы массы воздуха, покидающее каналы слоя для восходящих масс воздуха, не смешивались с массами воздуха, попадающими в каналы слоя для нисходящих масс воздуха. 6. The method according to claim 1, in which the hollow channels of each layer are combined into collectors, while the collectors for the channels of different layers are spaced apart so that the masses of air leaving the channels of the layer for ascending air masses do not mix with the air masses entering into the channels of the layer for descending air masses.
7. Способ по п.1, в котором между слоем для нисходящих масс воздуха и слоем для восходящих масс воздуха погружают сообщенный с ними промежуточный слой, состоящий по меньшей мере из одного полого канала. 7. The method according to claim 1, in which between the layer for descending air masses and the layer for ascending air masses, an intermediate layer connected with them, consisting of at least one hollow channel, is immersed.
8. Способ по п.1, в котором полые каналы слоя для нисходящих масс воздуха выполняют с возможностью закупоривания на поверхности грунта. 8. The method according to claim 1, in which the hollow channels of the layer for descending air masses are made with the possibility of clogging on the surface of the soil.
9. Способ по п.1, в котором слои сообщают между собой по меньшей мере только вблизи их подземных оконечных частей. 9. The method of claim 1, wherein the layers communicate with each other at least only in the vicinity of their subterranean ends.
10. Способ по п.1, в котором каналы выполняют цилиндрическими. 10. The method according to claim 1, in which the channels are cylindrical.
11. Способ по п.1, в котором каналы выполняют с переменным поперечным сечением сложной формы. 11. The method according to claim 1, in which the channels are made with a variable cross section of a complex shape.
12. Способ по п.1, в котором каналы выполняют спиралевидными. 12. The method according to claim 1, in which the channels are helical.
13. Способ по п.1, в котором боковые поверхности каналов выполняют воздухонепроницаемыми. 13. The method according to claim 1, in which the side surfaces of the channels are airtight.
14. Способ по п.1, в котором боковые поверхности каналов выполняют теплоизолированными. 14. The method according to claim 1, in which the side surfaces of the channels are thermally insulated.
15. Способ по п.1, в котором боковые поверхности каналов выполняют светоотражающими. 15. The method according to claim 1, in which the side surfaces of the channels are reflective.
16. Способ по п.1, в котором боковые поверхности каналов выполняют светопоглощающими. 16. The method according to claim 1, in which the side surfaces of the channels are light-absorbing.
17. Способ по п.1, в котором боковые поверхности каналов выполняют по существу гладкими. 17. The method of claim 1, wherein the side surfaces of the channels are substantially smooth.
18. Способ по п.1, в котором боковые поверхности каналов снабжают неровностями или ребрами по типу радиатора. 18. The method according to claim 1, in which the side surfaces of the channels are provided with bumps or ribs in the form of a radiator.
PCT/RU2022/050406 2021-11-15 2022-12-22 Ground cooling method WO2023085981A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021133089A RU2776017C1 (en) 2021-11-15 Soil cooling method
RU2021133089 2021-11-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023085981A1 true WO2023085981A1 (en) 2023-05-19

Family

ID=86336543

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2022/050406 WO2023085981A1 (en) 2021-11-15 2022-12-22 Ground cooling method

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023085981A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3791443A (en) * 1971-12-13 1974-02-12 Atlantic Richfield Co Foundation for construction on frozen substrata
RU2039860C1 (en) * 1992-01-08 1995-07-20 Петр Николаевич Луговой Device for cooling of building ground base and its protection from corrosion caused by atmospheric precipitation
RU91723U1 (en) * 2009-10-27 2010-02-27 Вадим Васильевич Пассек DEVICE FOR COOLING PERMANENTLY FROZEN SOILS
RU120111U1 (en) * 2011-11-18 2012-09-10 Учреждение Российской академии наук Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук DEVICE FOR COOLING PERMANENTLY FROZEN SOILS
RU2661204C1 (en) * 2017-03-16 2018-07-13 Вадим Васильевич Пассек Site for building complex on permafrost

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3791443A (en) * 1971-12-13 1974-02-12 Atlantic Richfield Co Foundation for construction on frozen substrata
RU2039860C1 (en) * 1992-01-08 1995-07-20 Петр Николаевич Луговой Device for cooling of building ground base and its protection from corrosion caused by atmospheric precipitation
RU91723U1 (en) * 2009-10-27 2010-02-27 Вадим Васильевич Пассек DEVICE FOR COOLING PERMANENTLY FROZEN SOILS
RU120111U1 (en) * 2011-11-18 2012-09-10 Учреждение Российской академии наук Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук DEVICE FOR COOLING PERMANENTLY FROZEN SOILS
RU2661204C1 (en) * 2017-03-16 2018-07-13 Вадим Васильевич Пассек Site for building complex on permafrost

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9708885B2 (en) System and method for extracting energy
JP6448085B2 (en) Ground freezing method and ground freezing system
US3472314A (en) Temperature control tube
CA2922626C (en) A geothermal energy plant and a method for establishing same
WO2012008992A1 (en) Convection enhanced closed loop geothermal heat pump well
US6035949A (en) Methods for installing a well in a subterranean formation
RU2776017C1 (en) Soil cooling method
US20220018577A1 (en) Groundwater enhanced geothermal heat pump
TW201305523A (en) Close-loop temperature equalization device
WO2023085981A1 (en) Ground cooling method
RU2415226C1 (en) System for temperature stabilisation of structures foundation on permafrost soils
CN110986401B (en) Geothermal resource development system adopting multi-branch radial horizontal well and method thereof
CN106500386A (en) Chiller based on CETRINE motor
RU2625830C1 (en) Device for wells thermal insulation in perennially frozen rocks
JP6537112B2 (en) Freezing method
CN209877402U (en) Underground heating well structure
RU147446U1 (en) SEASONAL ACTING UNIT FOR COOLING ETERNAL-FROZEN SOILS OF BASES OF ENGINEERING STRUCTURES
RU2470114C2 (en) Thermopile for bridge supports
CN207569891U (en) Inflammable gas processing system
CN219951897U (en) Liquid nitrogen freezing device
JP6537111B2 (en) Freezing method
RU2629281C1 (en) Cooling thermosiphon for depth thermo-stabilization of soils (versions)
CN220167919U (en) Three-horizontal well group structure for exploiting natural gas hydrate
SU1767162A1 (en) Equipment for heat insulation of well in permafrost rocks
SU837999A1 (en) Thermal pile

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22893364

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1