устройство для оттаивания мерзлого грунта (варианты)

Формула изобретения

1. Устройство для оттаивания мерзлого грунта или нагрева участка грунта, содержащее резервуар для хранения нагревательной среды, предназначенной для циркуляции в развернутом для нагрева грунта рукаве, бойлер с горелкой для нагрева нагревательной среды, причем бойлер соединен с резервуаром для хранения нагревательной среды, насос для обеспечения циркуляции нагревательной среды, рукав, через который циркулирует нагревательная среда, размещаемый на подлежащем нагреву грунте, при этом насос установлен между рукавом и резервуаром для хранения нагревательной среды и обеспечивает циркуляцию нагревательной среды в рукаве, а также по меньшей мере одну катушку для хранения рукава в нерабочем состоянии, отличающееся тем, что резервуар для хранения нагревательной среды, бойлер с горелкой, катушка и насос закреплены на общей рамной конструкции, при этом рукав состоит из двух или большего числа секций рукава, которые в нерабочем неразвернутом для нагрева грунта состоянии намотаны на соответствующее количество секций катушки, причем каждая секция рукава может быть избирательно подсоединена к насосу через разветвленный трубопровод, включенный между насосом и каждой секцией рукава.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрен топливный бак, содержащий топливо для горелки в бойлере, закрепленный на рамной конструкции и подсоединенный к горелке в бойлере.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрен отдельно стоящий топливный бак, содержащий топливо для горелки в бойлере, подсоединенный к горелке в бойлере разъемным образом.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что объем нагревательной среды в намотанном рукаве, по существу, превышает объем нагревательной среды в резервуаре для хранения нагревательной среды.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что насос выполнен с регулируемой скоростью работы для обеспечения соответствия расхода потока с тепловыми потерями и температурными требованиями во время циркуляции нагревательной среды в рукаве.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к контуру нагревательной среды подсоединен гидромотор для вращения катушки, приводимый от насоса для циркуляции нагревательной среды.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено термочувствительным выключателем, регулирующим интенсивность горелки или выключающим и включающим указанную горелку для управления нагревом нагревательной среды.

8. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что предусмотрен дополнительный отвод топливного бака для подсоединения к установке, приводимой двигателем внутреннего сгорания для генерирования электричества.

9. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что топливный бак установлен в непосредственной близости к резервуару для хранения нагревательной среды.

10. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что топливный бак установлен в непосредственной близости к бойлеру.

11. Устройство для оттаивания мерзлого грунта или нагрева участка грунта, содержащее резервуар для хранения нагревательной среды, предназначенной для циркуляции в развернутом для нагрева грунта рукаве, бойлер с горелкой для нагрева нагревательной среды, причем бойлер соединен с резервуаром для хранения нагревательной среды, насос для обеспечения циркуляции нагревательной среды, рукав, через который циркулирует нагревательная среда, размещаемый на подлежащем нагреву грунте, при этом насос установлен между рукавом и резервуаром для хранения нагревательной среды и обеспечивает циркуляцию нагревательной среды в рукаве, а также, по меньшей мере, одну катушку для хранения рукава в нерабочем состоянии, отличающееся тем, что резервуар для хранения нагревательной среды, бойлер с горелкой, катушка и насос закреплены на общей рамной конструкции, при этом объем нагревательной среды в намотанном рукаве, по существу, превышает объем нагревательной среды в резервуаре для хранения нагревательной среды, а рукав состоит из двух или большего числа секций, каждая из которых может быть избирательно подсоединена к насосу через разветвленный трубопровод, включенный между насосом и каждой секцией рукава.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что транспортное средство представляет собой трейлер для автомобиля.

13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что транспортное средство представляет собой стандартный грузовой контейнер.

14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что рамная конструкция выполнена с возможностью подъема стандартным вилочным погрузчиком.

15. Устройство по п.11, отличающееся тем, что предусмотрен топливный бак, содержащий топливо для горелки в бойлере, закрепленный на рамной конструкции и подсоединенный к горелке в бойлере.

16. Устройство по п.11, отличающееся тем, что предусмотрен отдельно стоящий топливный бак, содержащий топливо для горелки в бойлере, подсоединенный к горелке в бойлере разъемным образом.

17. Устройство по п.11, отличающееся тем, что рамная конструкция снабжена наружными кронштейнами или опорами для ее установки на транспортном средстве.

18. Устройство по п.11, отличающееся тем, что насос выполнен с регулируемой скоростью работы для обеспечения соответствия расхода потока с тепловыми потерями и температурными требованиями во время циркуляции нагревательной среды в рукаве.

19. Устройство по п.11, отличающееся тем, что к контуру нагревательной среды подсоединен гидромотор для вращения катушки, приводимый от насоса для циркуляции нагревательной среды.

20. Устройство по п.11, отличающееся тем, что оно снабжено термочувствительным выключателем, регулирующим интенсивность горелки или выключающим и включающим указанную горелку для управления нагревом нагревательной среды.

21. Устройство по п.15 или 16, отличающееся тем, что предусмотрен дополнительный отвод топливного бака для подсоединения к установке, приводимой двигателем внутреннего сгорания для генерирования электричества.

22. Устройство по п.15 или 16, отличающееся тем, что топливный бак установлен в непосредственной близости к резервуару для хранения нагревательной среды.

Приоритет по пунктам: 18.10.2005 по пп.1-22.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству для оттаивания мерзлого грунта и предлагает различные варианты этого устройства.

Уровень техники

Во многих случаях бывает необходимо нагреть или произвести оттаивание мерзлого грунта. Это может быть необходимо для разработки грунта, например, для экскавации или подобных операций или для обеспечения процесса отверждения бетонных сооружений в зимнее время, когда наружная температура слишком низка для нормального хода процесса отверждения. Можно перечислить такие примеры использования, как оттаивание мерзлого грунта при экскавации, бетонных работах, оттаивание льда, нагрев зданий в ходе строительства, предотвращение проникновения грунтовой мерзлоты в здание при строительстве, оттаивание замерзших трубопроводов (водоснабжения и канализации), нагрев больших площадей, частично изолированных или закрытых, удаление обледенения или изморози с опалубки перед заливкой бетона. Особенный интерес может представлять использование решения в качестве защиты от мороза для предотвращения проникновения грунтовой мерзлоты и холода в здание. Это особенно важно во время возведения здания, например складского здания, когда вначале возводятся стены, а затем внутри заливается пол. В таких случаях устройство по изобретению может использоваться для защиты от мерзлоты площади вокруг периметра сооружения.

Традиционно используются различные технологические приемы, такие как, например, укладка горячих углей на землю для оттаивания грунтовой мерзлоты или разрыхления мерзлого грунта. В альтернативных вариантах используются решения с подачей горячего воздуха, например, когда воздух нагревают с помощью парафина или электричества и нагнетают под изоляционное покрытие.

Другое известное решение заключается в предварительном внедрении в грунт нагревательного снаряда для оттаивания грунта вокруг него. Это может осуществляться, например, путем циркуляции в снаряде нагретой текучей среды, которая поддерживает в нем соответствующую температуру.

Еще одно решение заключается в нагнетании горячей среды через рукав, разложенный на поверхности мерзлого грунта. Решение данного типа может быть очень эффективным, так как может нагреваться относительно обширная площадь, возможен выбор нагревательной среды с подходящими свойствами, а устройство легко поддается изоляции посредством обычных изоляционных матов. В заявленном изобретении используется этот принцип, и оно является развитием известных решений.

В одном из известных решений по патенту США № 5181655 раскрыта передвижная нагревательная система для оттаивания мерзлого грунта. Система содержит водонагреватель, бак для раствора антифриза и насос, смонтированные на передвижной установке, которая может быть выполнена в виде трейлера, прицепляемого к автомобилю или грузовику. Рукав прикрепляется к баку с раствором антифриза и к нагревательному снаряду, который вводится в грунт рядом с трубами водоснабжения или канализации для оттаивания грунта. Грунт оттаивается за счет циркуляции горячей текучей среды в снаряде. Альтернативно снаряд может использоваться для нагрева строительного материала, такого как кирпич.

Далее, в патенте США № 5820301 описано решение по оттаиванию грунта для укладки на грунт бетона. Это осуществляется путем укладки непрерывного рукава на грунт внутри и/или рядом с бетонной опалубкой или на грунте, куда должен быть уложен бетон. Затем рукава накрывают изоляционным материалом и производят оттаивание грунта. Далее изоляционный материал снимают и укладывают бетон на рукава. Тепло от рукавов препятствует замерзанию бетона в условиях низких температур.

В патенте США № 5567085 также описано решение по отверждению бетона таким же способом, как и в патенте США № 5820301.

В патенте США № 5707179 описаны способ и устройство для оптимизации отверждения бетона в экстремальных температурных условиях. Устройство содержит решетчатую систему пластмассовых рукавов, которая, в свою очередь, соединена с системой управления температурой текучей среды, прокачиваемой через систему. Две распределительные системы трубопроводов укладывают на боковых сторонах площади, на которую будет залит бетон, и рукава укладывают между распределительными системами трубопроводов, соединяемых с установкой циркуляции горячей текучей среды в системе рукавов. По окончании работы рукава обрезают, так что они остаются лежать под бетоном или в бетоне.

В патенте США № 5449113 описан нагревательный снаряд в составе передвижной нагревательной системы, в котором циркулирует горячая вода.

В патенте США № 6761135 описана передвижная нагревательная система в сочетании с высоконапорным рукавом. В патенте США № 6325297 описана передвижная нагревательная установка с распределительной системой трубопроводов в специальном исполнении, отчасти сходном решению по патенту США № 6227453. Подробное описание мобильной установки для нагрева содержится в патенте США № 5964402. В патенте США № 5838880 описано дополнительное решение, согласно которому нагрев производится посредством теплообменника между выхлопными газами и водой, причем выхлопные газы идут от двигателя внутреннего сгорания, предназначенного для установки.

В патенте Канады № 1158119 также описана общая система циркуляции для таких установок.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение является дальнейшим развитием известной технологии и предлагает ряд решений, которые в совокупности обеспечивают усовершенствованное устройство.

Одна из наиболее насущных проблем известных решений состоит в необходимости определения по возможности оптимального соответствия между количеством разворачиваемого рукава, следовательно, количеством текучей среды, подлежащей циркуляции и нагреву, и площадью участка, оттаивание которого следует произвести. Поэтому согласно изобретению разработано решение по разделению рукава на несколько меньших секций, которые можно разворачивать по мере надобности. При этом разработана специальная катушка и система разветвленного трубопровода. Предложено также специальное управление катушкой для рукава.

Практическая компоновка различных элементов, комплект которых образует такое устройство для оттаивания мерзлого грунта, создает проблемы в том случае, если оно должно быть выполнено в виде установки, которую можно поместить в стандартный грузовой контейнер. Возможность доступа и технического обслуживания также имеет большое значение и учтена в решении по изобретению.

В устройстве согласно изобретению предпочтительно используется текучая среда на основе гликоля, которая нагревается и циркулирует в рукаве для оттаивания грунта. Поэтому, с учетом массы транспортируемого устройства, затрат на изготовление и обслуживание, желательно иметь в устройстве наименьший возможный объем смеси на основе гликоля, то есть также наименьший возможный объем подлежащей нагреву среды. Согласно изобретению разработано также решение, обеспечивающее снижение требуемого объема хранения смеси на основе гликоля. Это означает также снижение требуемой энергии на нагрев, так как меньший объем смеси должен поддерживаться при определенной температуре.

Для обеспечения возможности достижения правильной заданной температуры независимо от того, какое количество тепла должно быть сообщено (оно может изменяться в ходе процесса оттаивания в зависимости от перепада температуры в нагревательной среде), создано решение, обеспечивающее гибкое управление подаваемым теплом и температурой, а также количеством среды, циркулирующей в рукаве и устройстве.

В соответствии с изобретением предложено устройство для оттаивания мерзлого грунта или нагрева участка грунта, содержащее резервуар для хранения нагревательной среды, предназначенной для циркуляции в развернутом для нагрева грунта рукаве, бойлер с горелкой для нагрева нагревательной среды, причем бойлер соединен с резервуаром для хранения нагревательной среды, насос для обеспечения циркуляции нагревательной среды, рукав, через который циркулирует нагревательная среда, размещаемый на подлежащем нагреву грунте, при этом насос установлен между рукавом и резервуаром для хранения нагревательной среды и обеспечивает циркуляцию нагревательной среды в рукаве. Устройство содержит также катушку для хранения рукава в нерабочем состоянии.

В этой части устройство соответствует известным решениям. Однако известные решения имеют тот недостаток, что весь рукав по своей длине должен быть размотан и заполнен нагревательной средой независимо от площади, подлежащей нагреву. Кроме того, индивидуальные элементы в устройстве размещены рядом друг с другом и соединены друг с другом посредством гидравлических соединений для труб или электрических соединений для кабелей.

Согласно изобретению эта и другие упомянутые выше проблемы решены за счет того, что резервуар для хранения нагревательной среды, бойлер с горелкой, катушка и насос закреплены на общей рамной конструкции. Это обеспечивает создание ряда возможностей для адаптации размера и формы устройства к его назначению и облегчает транспортировку и сборку при изготовлении. Так, например, в процессе изготовления рамная конструкция может быть установлена на нужной высоте, так что работы могут выполняться быстрее и с более удобным эргономическим положением монтажника, с меньшим риском травм и т.д. Кроме того, готовое устройство будет легче обслуживать, поскольку его компоненты расположены по отношению друг к другу таким образом, что обычные точки обслуживания легко доступны. В не меньшей степени это относится к катушкам для рукавов, когда рукава, которые лежат на земле при нагреве или оттаивании грунта, загрязняются и их необходимо очищать путем обмыва струей при наматывании на катушку. В предпочтительном примере выполнения такая рамная конструкция изготовлена из оцинкованной стали или другого материала, который предпочтительно не подвержен коррозии.

Далее, решение по изобретению отличается тем, что рукав состоит из двух или большего числа секций рукава. Это устраняет необходимость заполнять всю длину рукава подлежащей нагреву нагревательной средой, если нагреву или оттаиванию подлежит только небольшая площадь. Таким образом, обеспечивается возможность адаптации длины рукава к подлежащей нагреву площади, а вместе с тем и количества нагревательной среды, которая должна циркулировать. Это создает повышенную гибкость при использовании и улучшенную энергетическую эффективность. Если используется более короткий рукав, то есть одна или две секции, нагрев будет осуществляться также быстрее, так как меньшее количество нагревательной среды должно нагреваться в бойлере. Адаптация такого рода, когда рукав разделен на две или большее число секций, возможна за счет того, что решение по изобретению отличается также тем, что секции рукава в нерабочем, не развернутом для нагрева грунта состоянии намотаны на соответствующее число секций катушки, причем каждая секция рукава может быть избирательно подсоединена к насосу через разветвленный трубопровод, включенный между насосом и каждой секцией рукава. Этот трубопровод является существенным компонентом, при этом различные секции рукава могут быть соединены с контуром циркуляции нагревательной среды посредством клапанов и/или разъемных соединений (быстроразъемных соединений).

В результате создано решение, при котором только необходимые секции рукава разматывают с катушки и соединяют с распределительным трубопроводом, так что только необходимая часть рукава заполняется нагревательной средой. Это снижает потребность в нагреве и тепловые потери, тем самым снижая эксплуатационные затраты, и в то же время делает решение более легким в использовании и способным к адаптации к индивидуальным требованиям нагрева. Кроме того, только необходимая длина рукава разматывается с катушки. Это облегчает техническое обслуживание и т.д., так как рукав подвержен внешнему воздействию песка, гравия и т.п., и его необходимо обмывать при наматывании на катушку.

В различных примерах осуществления изобретения предусмотрен топливный бак, содержащий топливо для горелки в бойлере, закрепленный на рамной конструкции и соединенный с горелкой в бойлере. В альтернативном варианте топливный бак может быть установлен отдельно рядом с устройством и соединен с горелкой разъемным соединением.

В различных примерах осуществления изобретения объем нагревательной среды в намотанном рукаве может по существу превышать объем нагревательной среды в резервуаре для хранения нагревательной среды. Это является результатом того факта, что нагревательная среда остается в рукаве при его наматывании на катушку, и потребность в объеме для хранения нагревательной среды (в резервуаре для хранения нагревательной среды) существенно снижена. В практическом примере выполнения соотношение между объемом нагревательной среды в резервуаре и объемом нагревательной среды в рукаве (среды, оставляемой в рукаве и за счет этого позволяющей уменьшить размеры резервуара) составляет 1:3,9. Это соотношение может быть различным в зависимости от величины и производительности устройства. Однако соотношение предпочтительно должно быть как можно более высоким, предпочтительно больше 1:2, и обычно составляет 1:5. Возможны любые соотношения между указанными параметрами, а также соотношения выше 1:5. Соотношения ниже 1:2 также возможны, но нежелательны.

Устройство по изобретению работает посредством того, что нагревательная среда в резервуаре и рукаве циркулирует через бойлер. Горелка расположена в бойлере в качестве отдельного компонента и сжигает топливо, подаваемое из топливного бака, для нагрева нагревательной среды в бойлере. Отработанный газ горелки предпочтительно может также использоваться в этом процессе нагрева перед выпуском из бойлера. Далее, когда нагревательная среда достигает нужной температуры (она может быть различной для различных случаев использования в соответствии с требованиями), она приводится в циркуляционное движение таким образом, что устройство по изобретению выполняет свою задачу оттаивания или нагрева участка. Во время этой «рабочей фазы» горелка в бойлере подает тепло только для компенсации тепловых потерь, которым подвержена нагревательная среда. Нагрев может управляться различными путями посредством регулирования скорости насоса или количества тепла, сообщаемого горелкой (посредством регулирования расхода топлива, подаваемого к горелке). Предпочтительно используется дизельное топливо.

В особенно выгодном примере выполнения скорость работы насоса может регулироваться для адаптации циркуляции (скорости и количества среды) и нагрева (скорости прохода среды через бойлер и количества топлива, подаваемого к горелке) в соответствии с тепловыми потерями и температурными требованиями во время циркуляции нагревательной среды в рукаве. Если наружная температура низка, а температурные требования высоки (устройство используется для оттаивания глубокой грунтовой мерзлоты в холодный зимний день), циркуляция должна быть адаптирована таким образом, чтобы предотвратить слишком сильное падение температуры нагревательной среды, и сообщение тепла нагревательной среде должно быть также адаптировано. В таких случаях регулирование скорости работы насоса имеет критическое значение и обеспечивает высокую эффективность во время использования (более короткое время работы на участке) и экономию топлива на нагрев. Нагревательная среда подвергается тепловым потерям при проходе через рукав, и они должны быть компенсированы для достижения оптимальных условий работы. Это обеспечивается регулированием скорости работы насоса. Когда скорость работы насоса снижается, нагревательной среде сообщается меньше тепла. Это имеет преимущества в случае низких тепловых потерь и невыгодно в случае, когда тепловые потери значительны. Кроме того, предпочтительно насос должен иметь достаточно большую производительность, чтобы установку можно было разместить на местности ниже рабочего участка, где раскладывается рукав. В то же время это позволяет производить вертикальное нагнетание нагревательной среды для того, чтобы удалять обледенение на вертикальной или почти вертикальной поверхности, такой как опалубка для заливки бетона.

В следующем предпочтительном примере выполнения для вращения катушки используется гидромотор. Он может быть подсоединен к контуру нагревательной среды таким образом, что насос для циркуляции нагревательной среды приводит гидромотор в действие. Это дает большую экономию затрат на монтаж за счет устранения необходимости в отдельном узле для привода катушки (электрический или гидравлический привод).

В дальнейшем примере осуществления для регулирования подачи тепла с целью достижения нужной температуры в соответствии с требованиями, тепловыми потерями и максимальной экономией энергии устройство может быть снабжено термочувствительным выключателем, который регулирует интенсивность горелки или выключает и включает ее для управления нагревом нагревательной среды.

В качестве дополнительного примера осуществления может быть предусмотрен дополнительный отвод топливного бака для подсоединения к установке, приводимой двигателем внутреннего сгорания для генерирования электричества. Это обеспечивает высокую гибкость в использовании.

Кроме того, топливный бак предпочтительно установлен в непосредственной близости к резервуару для хранения нагревательной среды. За счет этого при нагревании нагревательной среды с помощью горелки и бойлера топливный бак будет тоже нагреваться с получением выгодного предварительного нагрева топлива, в частности дизельного топлива, используемого, например, для горелки, а возможно и для генераторной установки. Предварительный нагрев дизельного топлива особенно выгоден в условиях холода, для которых предназначено устройство согласно изобретению, а при очень низких температурах предварительный нагрев просто необходим. Кроме того, предварительный нагрев дизельного топлива обеспечивает экономию топлива, так как дизельный двигатель дает лучшее соотношение между рабочими характеристиками и потреблением топлива при его предварительном нагреве. Предпочтительно предусмотрен небольшой воздушный зазор между топливным баком и резервуаром для нагревательной среды.

В альтернативном варианте топливный бак установлен в непосредственной близости к бойлеру, возможно с использованием противопожарной или огнестойкой прокладки. Это решение полностью зависит от различных конструктивных элементов, установленных на рамной конструкции, которая является основным признаком устройства по изобретению.

В соответствии со следующим аспектом изобретения предложено устройство для оттаивания мерзлого грунта или нагрева участка грунта, содержащее резервуар для хранения нагревательной среды, предназначенной для циркуляции в развернутом для нагрева грунта рукаве, бойлер с горелкой для нагрева нагревательной среды, причем бойлер соединен с резервуаром для хранения нагревательной среды, насос для обеспечения циркуляции нагревательной среды, рукав, через который циркулирует нагревательная среда, размещаемый на подлежащем нагреву грунте, при этом насос установлен между рукавом и резервуаром для хранения нагревательной среды и обеспечивает циркуляцию нагревательной среды в рукаве. Устройство также содержит по меньшей мере одну катушку для наматывания рукава в нерабочем состоянии.

Согласно этому аспекту изобретения устройство отличается тем, что резервуар для хранения нагревательной среды, бойлер с горелкой, катушка и насос закреплены на общей рамной конструкции, причем рамная конструкция снабжена наружными кронштейнами и/или опорами для ее установки на транспортном средстве. Это позволяет адаптировать устройство по изобретению к большому числу различных систем транспортировки. В различных примерах осуществления транспортным средством может быть трейлер для автомобиля. Оно может быть также стандартным грузовым контейнером, причем в один контейнер могут быть помещены одно или два устройства по изобретению. Предпочтительно рамная конструкция выполнена с возможностью ее подъема стандартным вилочным погрузчиком. Это обеспечивает погрузку устройства на трейлер или в контейнер и его легкую доставку для технического обслуживания и инспекции или ремонта. Решение с использованием контейнера в качестве транспортного средства является особенно гибким, так как он может транспортироваться судном, трейлером, вертолетом и т.д. Устройство может быть легко установлено, оно не зависит от условий внешней среды и требует только поставки топлива. Поэтому устройство по изобретению может легко транспортироваться по мере потребности и может работать в отдаленных местах или на судах. Ключевым моментом для сборки устройства по изобретению является рамная конструкция.

Как и для решения в соответствии с предыдущим аспектом изобретения, возможны различные примеры выполнения устройства.

В различных примерах осуществления изобретения предусмотрен топливный бак, содержащий топливо для горелки в бойлере, закрепленный на рамной конструкции и соединенный с горелкой в бойлере. В альтернативном варианте топливный бак может быть установлен отдельно рядом с устройством и соединен с горелкой разъемным соединением.

В различных примерах осуществления изобретения объем нагревательной среды в намотанном рукаве может по существу превышать объем нагревательной среды в резервуаре для хранения нагревательной среды. Это является результатом того факта, что нагревательная среда остается в рукаве при его наматывании на катушку, и потребность в объеме для хранения нагревательной среды (в резервуаре для хранения нагревательной среды) существенно снижена. В практическом примере выполнения соотношение между объемом нагревательной среды в резервуаре и объемом нагревательной среды в рукаве (среды, оставляемой в рукаве и за счет этого позволяющей уменьшить размеры резервуара) составляет 1:3,9. Это соотношение может быть различным в зависимости от величины и производительности устройства. Однако соотношение предпочтительно должно быть как можно более высоким, предпочтительно больше 1:2, и обычно составляет 1:5. Возможны любые соотношения между указанными параметрами, а также соотношения выше 1:5. Соотношения ниже 1:2 также возможны, но нежелательны.

Устройство по изобретению работает посредством того, что нагревательная среда в резервуаре и рукаве циркулирует через бойлер. Горелка расположена в бойлере в качестве отдельного компонента и сжигает топливо, подаваемое из топливного бака, для нагрева нагревательной среды в бойлере. Отработанный газ горелки предпочтительно может также использоваться в этом процессе нагрева перед выпуском из бойлера. Далее, когда нагревательная среда достигает нужной температуры (она может быть различной для различных случаев использования в соответствии с требованиями), она приводится в циркуляционное движение таким образом, что устройство по изобретению выполняет свою задачу оттаивания или нагрева участка. Во время этой «рабочей фазы» горелка в бойлере подает тепло только для компенсации тепловых потерь, которым подвержена нагревательная среда. Нагрев может управляться различными путями посредством регулирования скорости насоса или количества тепла, сообщаемого горелкой (посредством регулирования расхода топлива, подаваемого к горелке). Предпочтительно используется дизельное топливо.

В особенно выгодном примере выполнения скорость работы насоса может регулироваться для адаптации циркуляции (скорости и количества среды) и нагрева (скорости прохода среды через бойлер и количества топлива, подаваемого к горелке) в соответствии с тепловыми потерями и температурными требованиями во время циркуляции нагревательной среды в рукаве. Если наружная температура низка, а температурные требования высоки (устройство используется для оттаивания глубокой грунтовой мерзлоты в холодный зимний день), циркуляция должна быть адаптирована таким образом, чтобы предотвратить слишком сильное падение температуры нагревательной среды, и сообщение тепла нагревательной среде должно быть также адаптировано. В таких случаях регулирование скорости работы насоса имеет критическое значение и обеспечивает высокую эффективность во время использования (более короткое время работы на участке) и экономию топлива на нагрев. Нагревательная среда подвергается тепловым потерям при проходе через рукав, и они должны быть компенсированы для достижения оптимальных условий работы. Это обеспечивается регулированием скорости работы насоса. Когда скорость работы насоса снижается, нагревательной среде сообщается меньше тепла. Это имеет преимущества в случае низких тепловых потерь и невыгодно в случае, когда тепловые потери значительны. Кроме того, предпочтительно насос должен иметь достаточно большую производительность, чтобы установку можно было разместить на местности ниже рабочего участка, где раскладывается рукав. В то же время это позволяет производить вертикальное нагнетание нагревательной среды для того, чтобы удалять обледенение на вертикальной или почти вертикальной поверхности, такой как опалубка для заливки бетона.

В следующем предпочтительном примере выполнения для вращения катушки используется гидромотор. Он может быть подсоединен к контуру нагревательной среды таким образом, что насос для циркуляции нагревательной среды приводит гидромотор в действие. Это дает большую экономию затрат на монтаж за счет устранения необходимости в отдельном узле для привода катушки (электрический или гидравлический привод).

В дальнейшем примере осуществления для регулирования подачи тепла с целью достижения нужной температуры в соответствии с требованиями, тепловыми потерями и максимальной экономией энергии устройство может быть снабжено термочувствительным выключателем, который регулирует интенсивность горелки или выключает и включает ее для управления нагревом нагревательной среды.

В качестве дополнительного примера осуществления может быть предусмотрен дополнительный отвод топливного бака для подсоединения к установке, приводимой двигателем внутреннего сгорания для генерирования электричества. Это обеспечивает высокую гибкость в использовании.

Кроме того, топливный бак предпочтительно установлен в непосредственной близости к резервуару для хранения нагревательной среды. За счет этого при нагревании нагревательной среды с помощью горелки и бойлера топливный бак будет тоже нагреваться с получением выгодного предварительного нагрева топлива, в частности дизельного топлива, используемого, например, для горелки, а возможно и для генераторной установки. Предварительный нагрев дизельного топлива особенно выгоден в условиях холода, для которых предназначено устройство согласно изобретению, а при очень низких температурах предварительный нагрев просто необходим. Кроме того, предварительный нагрев дизельного топлива обеспечивает экономию топлива, так как дизельный двигатель дает лучшее соотношение между рабочими характеристиками и потреблением топлива при его предварительном нагреве. Предпочтительно предусмотрен небольшой воздушный зазор между топливным баком и резервуаром для хранения нагревательной среды.

В альтернативном варианте топливный бак установлен в непосредственной близости к бойлеру, возможно с использованием противопожарной или огнестойкой прокладки. Это решение полностью зависит от различных конструктивных элементов, установленных на рамной конструкции, которая является основным признаком устройства по изобретению.

Краткое описание чертежей

Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будет подробно описан пример осуществления изобретения. На чертежах:

фиг.1 схематично изображает устройство по изобретению в процессе использования,

фиг.2 изображает устройство согласно изобретению в перспективе,

фиг.3 изображает в перспективе рамную конструкцию устройства по фиг.2,

фиг.4 изображает в перспективе устройство по фиг.1, более наглядно представляя распределительную систему трубопроводов над катушкой.

Осуществление изобретения

На фиг.1 схематично показано устройство 1 по изобретению со рукавом 2 (подающим и обратным), который разложен на участке грунта, подлежащем нагреву или оттаиванию. Как видно на чертеже, рукав 2 развернут на грунте петлями и закрыт одним или несколькими изоляционными матами 3. В данном примере выполнения рукава удерживаются на месте оттяжками А. Этот пример выполнения не является общим и показан только для иллюстрации. В предпочтительных и наиболее обычных примерах осуществления оттяжки не используются.

На фиг.2 показан пример выполнения устройства по изобретению, при этом рукав не намотан на катушке и не показан вообще. Устройство содержит топливный бак 9 с дополнительным отводом (не показан) для соединения с генераторной установкой или подобным устройством. Кроме того, показан резервуар 4 для хранения нагревательной среды, которая предпочтительно является смесью текучей среды на основе гликоля. Резервуар 4 имеет гидравлическое соединение посредством трубки 6 с горелкой 7, установленной в бойлере 8, который нагревает нагревательную среду. Резервуар 4 и топливный бак 9 расположены в непосредственной близости друг к другу согласно одному аспекту изобретения. Резервуар 4 соединен также с бойлером 8, так что нагревательная среда может течь из резервуара 4 в бойлер 8. Таким образом, резервуар 4 является частью системы для нагрева текучей среды, а также действует в качестве камеры расширения, если текучая среда расширяется в результате нагрева. Далее, на резервуаре 4 смонтирован клапан 5 давления для сброса избыточного давления в случае необходимости. Клапан 5 предварительно отрегулирован на верхний предел желаемого давления в системе.

Кроме того, имеется соединение 10 для подачи нагревательной среды после ее нагрева от бойлера 8 к насосу 11, приводимому мотором (не показан). Этот мотор может быть соединен электрическими средствами с внешней сетью электроснабжения или с силовой установкой с двигателем внутреннего сгорания и электрогенератором. Двигатель внутреннего сгорания может использовать топливо из топливного бака 9. Насос подает среду под давлением в соединительную трубу 12, подсоединенную к разветвленному трубопроводу (не показан) под панелью 13 коммутирования и управления. В этом трубопроводе нагревательная среда от насоса 11 может быть распределена для подачи к трем различным рукавам, которые могут быть намотаны на секции катушки 14. Под панелью 13 коммутирования и управления над разветвленным трубопроводом показаны три комплекта соединительных устройств 16 для рукавов (подающих и обратных), раскладываемых для оттаивания или нагрева грунта. Каждый из этих рукавов может быть намотан на соответствующую секцию катушки.

Посредством разветвленного трубопровода каждый индивидуальный рукав может быть подсоединен к циркуляционному насосу 11 с образованием части нагревательного контура или петли, которая обеспечивает оттаивание грунта в месте раскладки рукава.

На фиг.2 показан также гидромотор 15, который может использоваться для привода катушки 14 во вращение. Гидромотор 15 может быть соединен с контуром для нагревательной среды, которая используется в качестве его рабочей жидкости. Различные компоненты устройства смонтированы на рамной конструкции 17. Она приспособлена для подъема обычным вилочным погрузчиком и может быть размещена в трейлере автомобиля или в стандартном грузовом контейнере.

На фиг.3 показана в перспективе рамная конструкция для установки на ней различных элементов устройства по изобретению. Рамная конструкция содержит правую и левую боковые балки 18а и 18b. Согласно изобретению рамная конструкция 17 снабжена кронштейнами или опорами 19 на правой и левой боковых балках 18а и 18b. Эти кронштейны или опоры обеспечивают возможность погрузки рамной конструкции, а вместе с ней и всего устройства на транспортные средства, такие как трейлер, или в контейнер.

Кроме того, как показано на фиг.3, на боковых балках рамной конструкции укреплены кронштейны 22 для установки резервуара для хранения нагревательной среды и такие же кронштейны 22 для установки бойлера и/или резервуара для хранения нагревательной среды. Кронштейны 22 установлены на поперечных элементах жесткости рамной конструкции. Концы 20 боковых балок 18а и 18b рамной конструкции выполнены таким образом, что рамная конструкция может быть поднята обычным вилочным погрузчиком, как было упомянуто выше.

Боковые балки 18а и 18b рамной конструкции снабжены также рельсами 21 для установки катушки для намотки рукава или рукавов, используемых для нагрева грунта. Эти рельсы предпочтительно укреплены на том конце, с которого вилочный погрузчик может поднимать устройство. Кронштейны 19 также предпочтительно укреплены вблизи этой части, так как катушка с рукавом, заполненным нагревательной средой, представляет концентрацию массы и определяет положение центра тяжести устройства.

На фиг.4 устройство по фиг.1 показано более подробно, при этом более наглядно представлен разветвленный трубопровод для распределения нагревательной среды в различные секции рукава.

Как и в устройстве по фиг.2, соединительная труба 12, идущая от насоса, является подводящим соединением к единому трубопроводу 24, откуда нагревательная среда нагнетается насосом в секции рукава на катушке (не показано). От него ответвляются три раздельных соединительных устройства 16а с клапанами 26, предназначенных для подсоединения рукавов. Обратное соединение секций рукава обеспечивается через соединительные устройства 16b на обратной соединительной трубе 23 разветвленного трубопровода, снабженной расходомером 25. Обратная соединительная труба 28, ведущая к резервуару 4 для нагревательной среды, показана проходящей вдоль боковой стороны устройства в соединении с обратной соединительной трубой 23.

На чертеже показан также многоходовой клапан 27, обеспечивающий гидравлическое сообщение между насосом и гидромотором 15, вращающим катушку. Многоходовой клапан 27 переключается для подачи нагревательной среды от насоса к разветвленному трубопроводу для рукава или к гидромотору 15. Таким образом, насос 11 может использоваться для привода гидромотора 15, вращающего катушку для наматывания рукава (рукавов) на катушку или разматывания с нее. Показано также устройство 29 управления многоходовым клапаном, с помощью которого регулируется скорость гидромотора 15 и, следовательно, скорость вращения катушки 14.

Таким образом, каждая секция рукава подсоединена петлей через питающее соединительное устройство 16а и обратное соединительное устройство 16b к разветвленному трубопроводу, содержащему питающий трубопровод 24 и обратную соединительную трубу 23, то есть каждая секция рукава подсоединена к разветвленному трубопроводу отдельно. Расход потока в каждой петле может регулироваться клапаном 26. За счет этого можно обеспечивать индивидуальный расход потока среды в каждой секции рукава и различный нагрев грунта в месте раскладки этих секций рукава. На фиг.4 показан также расходомер 25 для снятия показателей расхода в каждой петле рукава.

Это позволяет использовать каждую секцию рукава отдельно для нагрева грунта весьма гибким образом. Кроме того, поскольку только те рукава, которые подсоединены к контуру циркуляции нагревательной среды, нагреваются в соответствии с требованиями, решение в целом является гибким и обеспечивает значительную экономию затрат в эксплуатации.