EA 027498B1 20170731 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2017\PDF/027498 Полный текст описания [**] EA201600421 20160523 Регистрационный номер и дата заявки EAB1 Код вида документа [PDF] eab21707 Номер бюллетеня [**] СПОСОБ ОБРАЗОВАНИЯ ИСКУССТВЕННОГО ЛЕДНИКА НА ГОРНОЙ РЕКЕ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Название документа [8] E02B 3/00, [8] E02B 7/00, [8] E02D 3/115 Индексы МПК [RU] Моисеев Владимир Иванович, [RU] Ходаковский Валентин Аветикович, [RU] Комарова Татьяна Александровна, [RU] Комарова Ольга Александровна Сведения об авторах [RU] ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I Сведения о патентообладателях [RU] ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea000027498b*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Способ образования искусственного ледника на горной реке, включающий создание в заранее выбранном месте на русле реки, на высоте не менее 2500 м над уровнем моря, плотины, образующей перед собой верхний бьеф, из которого при отрицательных температурах воздуха периодически производят сбросы воды, причем каждый из них перемежают паузой во времени до замерзания воды, формируя на русле реки два ледосборных бассейна, один из которых располагается выше, а другой ниже плотины, отличающийся тем, что в грунт русла реки выше плотины предварительно заглубляют блок трубчатых свай, содержащих охлаждающие элементы, и устанавливают устройство для получения и подачи на них жидкого хладоносителя, имеющего отрицательную температуру, затем поэтапно наращивают массу и высоту искусственного ледника, причем на первом этапе производят охлаждение грунта и жидкой воды до образования выше плотины первичного ледосборного бассейна, образующего выше по руслу реки новое водохранилище с жидкой водой, затем на втором этапе в грунт этого водохранилища и в тело первичного ледосборного бассейна заглубляют дополнительные блоки трубчатых свай и соединяют их с входным патрубком устройства для получения и подачи на них жидкого хладоносителя и продолжают охлаждение свай до замерзания жидкой воды и образования очередного водохранилища перед ледосборным бассейном, имеющим уже большую массу и высоту, после чего эти операции повторяют многократно до тех пор, пока ледосборный бассейн не превратится в ледник с толщиной льда 80-100 м.

2. Способ образования искусственного ледника на горной реке по п.1, отличающийся тем, что использованные охлаждающие элементы трубчатых свай, вмороженных в толщу очередного ледосборного бассейна, нагревают до положительных температур, извлекают из льда, крепят к их свободным концам ледорежущие коронки, затем заглубляют на новом месте в образовавшийся ледосборный бассейн и соединяют с входным патрубком устройства для получения и подачи на них жидкого хладоносителя и продолжают охлаждение ледосборного бассейна и протекающей по его поверхности жидкой воды до полного её замерзания.

3. Установка для использования в способе по пп.1, 2, включающая трубчатые сваи, погруженные нижним концом в замороженный грунт и содержащие охлаждающие элементы, выполненные в виде циркуляционной трубы, установленной вертикально и жестко фиксированной внутри сваи с зазором относительно её стенок, отличающаяся тем, что дополнительно содержит устройство для получения и подачи на сваи жидкого хладоносителя, включающее емкость, заполненную теплоаккумулирующим материалом, и теплообменник, заполненный хладоаккумулирующим веществом, и проходящую через них трубу, образующую вместе с трубчатыми сваями замкнутый контур для движения жидкого хладоносителя, а также ветряной электрогенератор и фокусирующий коллектор солнечного излучения, причем емкость, заполненная теплоаккумулирующим материалом, и теплообменник дополнительно соединены друг с другом абсорбционными холодильными агрегатами, каждый из которых имеет камеру-испаритель, помещенную в емкость с теплоаккумулирующим материалом, и камеру-абсорбер, установленную в теплообменнике.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что внутри емкости, заполненной теплоаккумулирующим материалом, жестко фиксированы электронагревательные элементы, имеющие соединение с ветряным электрогенератором, а на наружной её поверхности укреплена панель, поглощающая отражаемую на неё фокусирующим коллектором солнечную радиацию.


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

1. Способ образования искусственного ледника на горной реке, включающий создание в заранее выбранном месте на русле реки, на высоте не менее 2500 м над уровнем моря, плотины, образующей перед собой верхний бьеф, из которого при отрицательных температурах воздуха периодически производят сбросы воды, причем каждый из них перемежают паузой во времени до замерзания воды, формируя на русле реки два ледосборных бассейна, один из которых располагается выше, а другой ниже плотины, отличающийся тем, что в грунт русла реки выше плотины предварительно заглубляют блок трубчатых свай, содержащих охлаждающие элементы, и устанавливают устройство для получения и подачи на них жидкого хладоносителя, имеющего отрицательную температуру, затем поэтапно наращивают массу и высоту искусственного ледника, причем на первом этапе производят охлаждение грунта и жидкой воды до образования выше плотины первичного ледосборного бассейна, образующего выше по руслу реки новое водохранилище с жидкой водой, затем на втором этапе в грунт этого водохранилища и в тело первичного ледосборного бассейна заглубляют дополнительные блоки трубчатых свай и соединяют их с входным патрубком устройства для получения и подачи на них жидкого хладоносителя и продолжают охлаждение свай до замерзания жидкой воды и образования очередного водохранилища перед ледосборным бассейном, имеющим уже большую массу и высоту, после чего эти операции повторяют многократно до тех пор, пока ледосборный бассейн не превратится в ледник с толщиной льда 80-100 м.

2. Способ образования искусственного ледника на горной реке по п.1, отличающийся тем, что использованные охлаждающие элементы трубчатых свай, вмороженных в толщу очередного ледосборного бассейна, нагревают до положительных температур, извлекают из льда, крепят к их свободным концам ледорежущие коронки, затем заглубляют на новом месте в образовавшийся ледосборный бассейн и соединяют с входным патрубком устройства для получения и подачи на них жидкого хладоносителя и продолжают охлаждение ледосборного бассейна и протекающей по его поверхности жидкой воды до полного её замерзания.

3. Установка для использования в способе по пп.1, 2, включающая трубчатые сваи, погруженные нижним концом в замороженный грунт и содержащие охлаждающие элементы, выполненные в виде циркуляционной трубы, установленной вертикально и жестко фиксированной внутри сваи с зазором относительно её стенок, отличающаяся тем, что дополнительно содержит устройство для получения и подачи на сваи жидкого хладоносителя, включающее емкость, заполненную теплоаккумулирующим материалом, и теплообменник, заполненный хладоаккумулирующим веществом, и проходящую через них трубу, образующую вместе с трубчатыми сваями замкнутый контур для движения жидкого хладоносителя, а также ветряной электрогенератор и фокусирующий коллектор солнечного излучения, причем емкость, заполненная теплоаккумулирующим материалом, и теплообменник дополнительно соединены друг с другом абсорбционными холодильными агрегатами, каждый из которых имеет камеру-испаритель, помещенную в емкость с теплоаккумулирующим материалом, и камеру-абсорбер, установленную в теплообменнике.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что внутри емкости, заполненной теплоаккумулирующим материалом, жестко фиксированы электронагревательные элементы, имеющие соединение с ветряным электрогенератором, а на наружной её поверхности укреплена панель, поглощающая отражаемую на неё фокусирующим коллектором солнечную радиацию.


Евразийское
патентное
ведомство
027498
(13) B1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.07.31
(21) Номер заявки 201600421
(22) Дата подачи заявки 2016.05.23
(51) Int. Cl.
E02B 3/00 (2006.01) E02B 7/00 (2006.01) E02D 3/115 (2006.01)
(54)
СПОСОБ ОБРАЗОВАНИЯ ИСКУССТВЕННОГО ЛЕДНИКА НА ГОРНОЙ РЕКЕ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
(43) 2017.06.30
(96) 2016000037 (RU) 2016.05.23
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ФЕДЕРАЛЬНОЕ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ
БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ПЕТЕРБУРГСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ
СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I" (RU)
(72) Изобретатель:
Моисеев Владимир Иванович, Ходаковский Валентин Аветикович, Комарова Татьяна Александровна, Комарова Ольга Александровна (RU)
(56) RU-C1-2552079 RU-C1-2502845 US-A-3331207
(57) Изобретение относится к гидротехническому строительству сооружений, обеспечивающих орошение засушливых земель, а также к средствам борьбы с глобальным потеплением климата на планете. Техническим результатом изобретения является быстрый рост искусственного ледника, масса и размеры которого наращиваются как в зимнее, так и в летнее время. Группа искусственных ледников в горных ущельях будет естественным источником новой реки с устойчивым водным режимом, которая способна орошать сотни тысяч гектар засушливых территорий, что кардинально изменит экологическую и демографическую ситуацию в данном регионе. Способ образования искусственного ледника на горной реке включает создание на русле реки, на высоте не меньшей 2500 м над уровнем моря, низконапорной плотины и постоянное промораживание перед ней вначале грунта, а затем и воды в образующемся верхнем бьефе. Промораживание осуществляют трубчатыми сваями, содержащими охлаждающие элементы, через которые прокачивают жидкий хладоноситель, имеющий отрицательную температуру. По мере роста ледяного бассейна охлаждающие элементы извлекают из трубчатых свай и вводят в массу льда. В грунт русла реки вначале выше ледяного бассейна по течению реки, а спустя некоторое время и ниже его забивают новые блоки охлаждаемых трубчатых свай, укрепляющих грунт под ледником и предотвращающих его сползание. При этом ледосборный бассейн сам играет роль плотины, высота и толщина которой постоянно увеличиваются. Процесс искусственного создания ледника завершается, когда его толщина достигает 80-100 м. Работа устройства, обеспечивающего круглогодичную циркуляцию хладоносителя, охлаждающего грунт и лёд, основана на природных источниках энергии - солнечном излучении и ветре.
Изобретение относится к землеустройству, к гидротехническому строительству сооружений, обеспечивающих орошение засушливых земель, к средствам борьбы с глобальным потеплением климата на планете.
Известны способы создания водохранилищ на малых реках и ручьях, которые обеспечивают весенний сбор талой воды для орошения пахотных и пастбищных земель в течение лета (Технологии периодического орошения сельскохозяйственных культур в зонах неустойчивого орошения: научный обзор ФГНУ "РосНИИПМ"/составители: В.Н. Щедринин и др. - М.: ФГНУ ЦНТИ "Мелиоводинформ", 2010. -41 с.).
Общим недостатком указанных способов является то, что вода в водохранилищах хранится в жидком виде. Она быстро и непроизводительно расходуется при испарении в атмосферу и при фильтрации в грунт. По этим причинам в регионах с жарким, засушливым климатом строительство таких водохранилищ не целесообразно.
Известен способ создания водохранилищ в виде искусственных ледников, возводимых в горной местности. Таяние льда этих ледников стабилизирует водный режим в реках, мелеющих в летнее время (Carey Clouse. Learning from artifical glaciers in the Himalaya: design for climate though low-tech in-frastructural devices, "Journal of Landscape Architecture", 2014, vol. 9 issue 3, p. 6-19).
Недостатками способа являются
значительные трудозатраты на строительство ограждений и низконапорных плотин, необходимых для организации водохранилищ;
малая вместимость искусственных ледников (по сути, ледовых бассейнов с толщиной слоя льда около 1 м);
малая скорость накопления льда в создаваемом леднике (ледники образуются только в холодные месяцы года - с октября по декабрь).
Известны устройства сезонного охлаждения грунтов жидкостного и воздушного типов (В.Б. Гуре-вич и др. Портовые гидротехнические сооружения. М., Транспорт, 1992 г., с. 243, 246, 249-250), а также устройства, выполненные в виде двухфазного термосифона (RU № 2556591, E02D 3/115, 10.07.2015, Бюл. № 19).
Недостатком устройств является то, что процесс передачи теплоты самопроизвольно прекращается всякий раз, когда температура наружного воздуха достигнет, а затем и превысит температуру мерзлого грунта. По этой причине, когда мерзлый грунт оттаивает летом, устройства, в силу физического принципа их работы, функционировать не могут.
Кроме того, устройства трудоемки в изготовлении и эксплуатации, они имеют высокую себестоимость и представляют экологическую опасность, так как при их разгерметизации и утечки хладоносите-ля, в качестве которого применяют легкокипящие агрессивные жидкости, возникают опасности для окружающей среды.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является способ искусственного образования ледника на горной реке (RU № 2552079, Е02В 3/00; Е02В 7/00, 10.06.2015).
Способ включает создание в заранее выбранном месте на русле горной реки, на высоте не менее 2500 м над уровнем моря плотины, образующей перед собой верхний бьеф, из которого при отрицательных температурах воздуха периодически производят сбросы воды. Каждый из сбросов перемежают паузой во времени до замерзания, как сброшенной воды, так и воды на поверхности верхнего бьефа, формируя на русле реки два ледосборных бассейна, один из которых располагается выше, а другой - ниже плотины. Цикл наращивания льда в бассейнах повторяют в течение нескольких лет, до достижения толщины льда, превышающей 80 м.
Медленное таяние льда летом в этом искусственно созданном леднике позволяет долговременно, в течение всего летнего периода, увлажнять почву на равнинных предгорных засушливых территориях.
Недостатком способа является длительность процесса образования искусственного ледника с массой льда в десятки тысяч тонн, так как его рост происходит только в течение зимнего периода.
Кроме того, в данном способе не исключается протаивание грунта под ледником в летнее время. Оно может сопровождаться образованием грязевых потоков и селей, а также преждевременным сползанием ледника при большом уклоне русла реки.
Наиболее близким к заявляемому устройству является подпорная стенка на многолетнемерзлом грунте (RU № 2502845, Е02В 3/00, 27.12.2013 г.)
Сооружение включает трубчатые сваи, погруженные нижним концом в замороженный грунт. Сваи содержат охлаждающее устройство, выполненное в виде циркуляционной трубы, установленной вертикально и жестко фиксированной внутри сваи с зазором относительно её стенок.
Устройство сообщается в верхней своей части с атмосферой посредством перекрываемого отверстия. В зимний период, когда температура воздуха на продолжительное время опускается до минус 40°С, циркуляционная труба обеспечивает естественную вентиляцию грунта, который дополнительно охлаждается поступающим через открытый канал морозным воздухом.
Недостатком устройства является то, что летом, при температурах атмосферного воздуха, превышающих температуру мерзлого грунта, сообщение с атмосферой прекращают, устанавливая заглушку на
патрубок циркуляционной трубы. Устройство лишь продлевает мерзлое состояние грунта, который не успевает оттаять в течение короткого лета. В регионах с продолжительным летним периодом сооружение свои функции выполнять не может.
Задачей способа и устройства является ускорение процесса искусственного образования ледников, содержащих в себе свыше миллиона тонн льда на малых горных реках и ручьях, протекающих по скалистым ущельям, полноводных при таянии снегов, но пересыхающих в летнее время.
Несколько таких ледников могут быть естественным источником полноводной реки с устойчивым водным режимом, которая способна орошать десятки тысяч гектар засушливых земель в предгорных территориях в течение всего весенне-летнего периода. Орошение обеспечит как рост урожайности на засушливых землях, так и повышение качества жизни проживающего там населения.
Технический результат достигается тем, что в способе образования искусственного ледника на горной реке, включающем создание в заранее выбранном месте на русле реки, на высоте не меньшей 2500 м над уровнем моря, плотины, образующей перед собой верхний бьеф, из которого при отрицательных температурах воздуха периодически производят сбросы воды, причем каждый из них перемежают паузой во времени до замерзания воды, формируя на грунте русла реки два ледосборных бассейна, один из которых располагается выше, а другой ниже плотины, при этом в грунт русла реки выше плотины предварительно заглубляют блок трубчатых свай, содержащих охлаждающие элементы, и устанавливают устройство для получения и подачи на них жидкого хладоносителя, имеющего отрицательную температуру, затем поэтапно наращивают массу и высоту искусственного ледника, причем на первом этапе производят охлаждение грунта и жидкой воды до образования выше плотины первичного ледосборного бассейна, образующего выше по руслу реки новое водохранилище с жидкой водой, затем на втором этапе в грунт этого водохранилища и в тело первичного ледосборного бассейна заглубляют дополнительные блоки трубчатых свай и соединяют их с входным патрубком устройства для получения и подачи на них жидкого хладоносителя и продолжают охлаждение свай до замерзания жидкой воды и образования очередного водохранилища перед ледосборным бассейном, имеющим уже большую массу и высоту, после чего эти операции повторяют многократно до тех пор, пока ледосборный бассейн не превратится в ледник с толщиной льда 80-100 м.
Использованные охлаждающие элементы трубчатых свай, вмороженных в толщу очередного ледо-сборного бассейна, нагревают до положительных температур, извлекают из льда, крепят к их свободным концам ледорежущие коронки, а затем заглубляют на новом месте в образовавшийся ледосборный бассейн и соединяют с входным патрубком устройства для получения и подачи на них жидкого хладоноси-теля и продолжают охлаждение ледосборного бассейна и протекающей по его поверхности жидкой воды до полного её замерзания.
Технический результат достигается тем, что установка для образования искусственного ледника на горной реке, включающая трубчатые сваи, погруженные нижним концом в замороженный грунт и содержащие охлаждающие элементы, выполненные в виде циркуляционной трубы, установленной вертикально внутри сваи и жестко фиксированной с зазором относительно её стенок, дополнительно содержит устройство для получения и подачи на сваи жидкого хладоносителя, включающее емкость, заполненную теплоаккумулирующим материалом, и теплообменник, заполненный хладоаккумулирующим веществом, и проходящую через них трубу, образующую вместе с трубчатыми сваями замкнутый контур для движения жидкого хладоносителя, а также ветряной электрогенератор и фокусирующий коллектор солнечного излучения, причем емкость, заполненная теплоаккумулирующим материалом, и теплообменник дополнительно соединены друг с другом абсорбционными холодильными агрегатами, каждый из которых имеет камеру-испаритель, помещенную в емкость с теплоаккумулирующим материалом, и камеру-абсорбер, установленную в теплообменнике.
Кроме того, внутри емкости, заполненной теплоаккумулирующим материалом, жестко фиксированы электронагревательные элементы, имеющие соединение с ветряным электрогенератором, а на наружной её поверхности укреплена панель, поглощающая отражаемую на неё фокусирующим коллектором солнечную радиацию.
На фиг. 1 показана схема, иллюстрирующая способ искусственного образования ледника на основе небольшой горной реки, протекающей по руслу с уклоном 1:50;
на фиг. 2 - общая схема установки, обеспечивающей реализацию этого способа;
на фиг. 3 - схема трубчатой сваи, с охлаждающим элементом;
на фиг. 4 - схема охлаждающего элемента, введенного в ледорежущую коронку.
В заранее выбранном месте на русле реки на высоте не менее 2500 м над уровнем моря устанавливают низконапорную плотину 1, образующую перед собой верхний бьеф, заполненный жидкой водой 2, из которого при отрицательных температурах воздуха производят кратковременные сбросы воды. Каждый из сбросов перемежают паузой во времени до замерзания, как сброшенной воды, так и воды на поверхности верхнего бьефа. При зимних сбросах воды образуются два ледосборных бассейна 3 и 4, лежащие на грунте 5 русла реки. Ледосборный бассейн 3 формируется выше плотины 1, а ледосборный бассейн 4 - ниже плотины 1.
Для формирования ледосборного бассейна 3 выше плотины 1 в грунт 5 русла реки погружают труб
чатые сваи 6 с укрепленными в них охлаждающими элементами 7. Трубчатые сваи 6 обеспечивают круглогодичное охлаждение грунта 5 за счет протекания через охлаждающие элементы 7 жидкого хладоно-сителя. Жидким хладоносителем могут быть, например, керосин, или антифризы, такие как водные растворы этиленгликоля (44%) или глицерина (60%).
Названные хладоносители имеют малую вязкость, низкие (ниже минус 20°С) температуры замерзания и высокие (до плюс 300°С) температуры кипения (Енохович А.С. Справочник по физике и технике М., "Просвещение", 1983 г., с. 110, 112). Они не проявляют коррозионной активности, безопасны относительно самовозгорания и показывают хорошие эксплуатационные характеристики в работе холодильных линий, их применяют в известных конструкциях жидкостных термосвай, для охлаждения мерзлых грунтов.
Каждый охлаждающий элемент 7 выполняется в виде циркуляционной трубы, включающей наружную трубу большего диаметра 8 и внутреннюю трубу 9 меньшего диаметра, фиксированную внутри трубы 8 соосно ей.
Нижний конец трубы 8 заглушён, на наружной её поверхности жестко фиксированы теплоотдаю-щие ребра 10, выполненные в форме винта. На наружной трубе 8 имеется входной патрубок 11, а на внутренней трубе 9 - выходной патрубок 12 для прохода хладоносителя через внутренний объем охлаждающего элемента 7. На нижнем конце трубы 8 имеется резьба для крепления на трубе 8 ледорежущей коронки 13, позволяющей при необходимости вворачивать охлаждающий элемент 7 в лёд.
Трубчатые сваи 6 общим количеством до 500 единиц, объединены в блоки, каждый из которых включает до 50 свай. Охлаждающие элементы 7 каждой из свай 6 соединяются последовательно друг с другом посредством соединительных труб 14, которые образуют не менее десяти параллельных циркуляционных контуров.
Установка для образования искусственного ледника на горной реке содержит теплообменник 15 и емкость 16, заполненную теплоаккумулирующим материалом (ТАМ). Оба элемента изготовлены из отдельных модулей. Модули теплообменника 15 заполнены хладоаккумулирующим веществом (ХЛАВ), имеющим отрицательную, ниже минус 20°С, температуру замерзания.
Хладоаккумулирующее вещество (ХЛАВ) может быть изготовлено по одному из вариантов состава смеси солей, включающих на 100 весовых частей воды или снега следующие ингредиенты:
по первому варианту: 143 вес.ч. кристаллогидрата хлорида кальция CaCl2•6Н2О+1 вес.ч. хлористого магния MgCl2;
по второму варианту: 12 вес.ч. хлорида аммония NH4Cl+50,5 вес.ч. сульфата аммония (NH4)2SO4;
по третьему варианту: 9 вес.ч. азотнокислого калия KNO3+74 части нитрата аммония NH4NO3.
(В.И. Перельман. Краткий справочник химика. М., Госхимизхдат, 1963 г, с. 502). Емкость 16 заполнена ТАМ, являющимся, например, эвтектической смесью солей хлорида калия и хлорида лития (KCl -LiCl), имеющей температуру плавления плюс 352°С и теплоту фазового превращения 245 кДж/кг.
Модули теплообменника 15, заполненные ХЛАВ, и модули емкости 16, заполненные ТАМ, соединены друг с другом посредством хладогенерирующих элементов 17, являющихся абсорбционным холодильным агрегатом.
Каждый хладогенерирующий элемент 17 включает камеру-испаритель (КИ), размещенную в емкости 16, и камеру-абсорбер (КА), размещенную в теплообменнике 15, и содержит внутри себя абсорбент, который при низком давлении в камере-абсорбере обеспечивает возможность получения в ней отрицательных температур кипения входящей в абсорбент воды.
Примером такого абсорбента является 30% водный раствор бромида лития - LiBr (Степанов К.И., Мухин Д.Г., Алексеенко С.В., Волкова О.В. Экспериментальное исследование получения отрицательных температур в абсорбционных бромисто-литиевых машинах. Теплофизика и аэромеханика № 4, 2015, с.501-510, D. Hisajima, H. Kawamura and T. Oouchi. Determination of Thermal Properties of Dilute LiBr -Water Solutions. Int. Journal of Thermophysics. Vol. 18, Issue 2, p. 397-406, 1997).
В комплект хладогенерирующего элемента 17 входят также фитиль, выполненный, например, из мелкой сетки, изготовленной из нержавеющей стальной проволоки, и сбросная трубка с гидрозатвором для слива хладагента - каковым является вода с добавлением абсорбента.
Модули емкости 16, заполненные ТАМ, содержат электронагревательные элементы 18, соединенные с ветряным электрогенератором 19. На наружной поверхности емкости 16 укреплены элементы теп-лопоглощающей панели 20. Установка включает фокусирующий зеркальный коллектор 21, выполненный из плоских зеркал и вторичных параболических концентраторов, отражающих солнечную радиацию на теплопоглощающую панель 20.
Подвод жидкого хладоносителя к трубчатым сваям 6 и отвод его от них осуществляется через разводку соединительных труб 14, образующих не менее десяти параллельных циркуляционных контуров, каждый из которых обеспечивает охлаждение трубчатых свай 6, входящих в один блок.
Каждый из циркуляционных контуров включает участки "a-b-c-d-e-g-h", проходящие следующим образом:
на участке "а-b" трубы 14 установлены вертикально в емкости 16, заполненной ТАМ; на затененном от солнца участке "c-d" трубы 14 опускаются вниз;
на участке "d-e" трубы 14 проходят через теплообменник 15, заполненный ХЛАС, который поддерживается при отрицательной температуре;
на участке "e-g" трубы 14 соединяют охлаждающие элементы 7 трубчатых свай 6, собранных в один блок. Они соединяют выходной патрубок 11 охлаждающего элемента 7 предыдущей трубчатой сваи с входным патрубком 12 охлаждающего элемента 7 трубчатой сваи, следующей за ней. Между каждой парой этих элементов на трубах 14 установлены запорные вентили 22, обеспечивающие отключение охлаждающего элемента 7 данной трубчатой сваи 6 от общего контура циркуляции хладоносителя при необходимости его слива. Для обеспечения слива в контуре установлены вентили 24 и 25.
В точке "g" хладоноситель выходит из блока трубчатых свай данного контура, а на участке "g-h" трубы 14 возвращают его к емкости 16, замыкая контур.
Позицией 23 на фиг. 1 обозначен лед, образующийся на поверхности воды 2 в верхнем бьефе при низких температурах воздуха в зимнее время.
Важную роль играет выбор места создания искусственного ледника. Предпочтительным вариантом является организация нижнего ледосборного бассейна 4 под местом схода снежных лавин 26, каждая из которых может содержать до нескольких десятков тысяч тонн снега.
Создание искусственного ледника на горной реке начинается с установки трубчатых свай 6 в грунт выше плотины 1 по течению реки. Трубчатые сваи 6 устанавливают на расстоянии 3-4 м одна от другой, чтобы обеспечить промораживание грунта на русле реки на площади, не меньшей 100 га.
Затем в сваи 6 ввинчивают охлаждающие элементы 7 и соединяют друг с другом трубами 14 для подачи хладоносителя, проходящими через теплообменник 15 и емкость 16, образуя замкнутые контуры "a-b-c-d-e-g-h" для каждого блока свай 6. Затем вся система заполняется хладоносителем.
Модули теплообменника 15 и емкости 16 должны иметь вес, позволяющий осуществить их подъем в горы на вертолете и осуществить сборку этих элементов устройства в полевых условиях.
Весной, с усилением солнечной радиации, вызывающей таяние снегов в горах, осуществляется разогрев ТАМ во всем объеме емкости 16. Разогрев ТАМ осуществляется как за счет работы электронагревательного элемента 18, получающего энергию от ветряного электрогенератора 19, так и отвода теплоты от теплопоглощающей панели 20, на которую падает солнечная радиация, отражаемая фокусирующим зеркальным коллектором 21.
Принимается, что мощность как ветрового электрогенератора 19, так и фокусирующего коллектора 21 составляет 20-30 кВт.
Для успешного функционирования системы как в отсутствии ветра, так и солнечного излучения необходимо, чтобы емкость 16 могла вмещать до 20-30 т теплоаккумулирующего материала.
Разогрев ТАМ в модулях емкости 9 сопровождается запуском хладогенерирующих элементов 17, вызывающих охлаждение ХЛАВ в теплообменнике 15 до отрицательных температур. Одновременно с разогревом ТАМ в емкости 16 в каждом циркуляционном контуре "a-b-c-d-e-g-h" возбуждается естественная конвекция жидкого хладоносителя и его течение по трубам 14 к охлаждающим элементам 7 всех трубчатых свай 6.
При этом на участке "а-b" каждого контура возникают восходящие токи жидкого хладоносителя, на участке "c-d" происходит его начальное охлаждение с одновременным образованием нисходящих токов.
На участке "d-e" хладоноситель проходит через теплообменник 15 и охлаждается до отрицательных температур, а затем на участке "e-g" он проходит через охлаждающие элементы 7 трубчатых свай 6, которые охлаждаются сами и охлаждают при этом грунт 5 на русле реки выше плотины 1.
Под воздействием солнечной радиации снег на склонах горы начинает таять и просачиваться вниз, на грунт 5. Если грунт 5 имеет отрицательную температуру, вода замерзает и превращается в лед. Еще до весеннего паводка выше плотины 1 начинает формироваться слой льда 3, имеющий значительную силу адгезионного взаимодействия с охлажденным грунтом 5.
В период массового таяния снегов в горах перед плотиной 1 образуется верхний бьеф 2, на дне которого уже имеется слой внутриводного льда 3, удерживаемый на грунте 5 трубчатыми сваями 6 и силами адгезии с грунтом.
В течение всего летнего периода холодная вода 2 в верхнем бьефе предохраняет слой внутриводно-го льда 3 от таяния. Заглубленные в грунт трубчатые сваи 6 продолжают охлаждать и грунт 5, и внутри-водный лед 3 и слой воды 2 над ним. Этому охлаждению способствуют теплоотдающие ребра 10 на охлаждающих элементах 7 трубчатых свай 6.
Таким образом, слой внутриводного льда 3 на дне верхнего бьефа выше плотины 1 продолжает расти все лето.
С наступлением зимы поверхность воды 2 в верхнем бьефе покрывается слоем поверхностного льда 23. В это время через плотину 1 производят кратковременные сбросы воды на промороженный холодным атмосферным воздухом грунт 5 уже ниже плотины 1 по руслу реки.
Каждый из сбросов перемежают паузой во времени, выдерживая до замерзания, как сброшенную воду, так и воду 2 на поверхности верхнего бьефа. Поверхностный лед 23 на верхнем бьефе со временем ложится на слой внутриводного льда 3, увеличивая его толщину, образуя "верхний ледосборный бассейн" 3, расположенный на русле реки выше плотины 1.
Сброшенная через плотину 1 вода замерзает, образуя "нижний ледосборный бассейн" 4, расположенный ниже плотины 1.
С наступлением следующей весны выполняются следующие мероприятия. Трубы 14, по которым хладоноситель поступает на трубчатые сваи 6, отсоединяются от выхода теплообменника 15 запорным вентилем 24 и присоединяются к выходу из емкости 16 с разогретым ТАМ открытием вентиля 25.
На охлаждающие элементы 7, вмороженные на всю свою длину в лед, в течение короткого времени поступает жидкий хладоноситель, разогретый до температуры плюс 70-80°С. Это вызывает плавление льда, контактирующего с охлаждающим элементом 7, и позволяет извлечь элемент 7 из трубчатой сваи 6 наружу, на поверхность ледосборного бассейна 3.
Перед извлечением очередного охлаждающего элемента 7 из сваи 6 он отключается от общего контура подачи хладоносителя действием тех же запорных вентилей 24 и 25.
После извлечения охлаждающих элементов 7 из свай 6 на их свободные концы укрепляют ледоре-жущие коронки 13, позволяющие ввинчивать охлаждающий элемент 7 уже в слой образовавшегося льда в верхнем ледосборном бассейне 3 на новом месте.
Затем трубы 14 повторно соединяют открытием вентиля 24 с выходными патрубками теплообменника 15 для охлажденного хладоносителя к охлаждающим элементам 7 с целью возобновления процесса роста верхнего ледосборного бассейна 3.
При дальнейшем накоплении массы льда в ледосборном бассейне 3 плотина 1 уже не требуется - её роль начинает исполнять сам ледосборный бассейн 3, образующий для жидкой воды барьер высотой от 6 до 8 метров и первоначальной длины, превышающей 100 м, причем барьер со временем растет как вверх, так и в направлении против течения реки.
Барьер удерживается на промороженном грунте 5 русла реки как силами адгезионного взаимодействия с грунтом, так и верхними концами заглубленных в грунт трубчатых свай 6, а по своим краям -силами адгезионного взаимодействия со скалами, образующими ущелье.
Количество трубчатых свай 6 увеличивается - новые сваи заглубляют в грунт 5 русла реки выше ледосборного бассейна 3 относительно течения реки.
Во время очередного весеннего паводка перед ледосборным бассейном 3 вторично образуется верхний бьеф из жидкой воды, которая превращается в лед уже описанным способом.
Процесс наращивания массы ледосборного бассейна 3 чередуется с промораживанием жидкой воды в верхнем бьефе в течение нескольких лет. Ледосборный бассейн 3 увеличивает как свою толщину, так и длину, перемещая свою границу вверх по течению реки.
По достижении толщины льда в ледосборном бассейне 3 в 20-30 м и длины в 1-2 км начинается второй этап выращивания ледника. На этом этапе трубчатые сваи 6, снабженные охлаждающими элементами 7, заглубляют в грунт 5 реки уже ниже плотины 1. Протекающая по поверхности ледосборного бассейна 3 вода частично охлаждается и замерзает на нем по ночам, при отрицательных температурах воздуха, частично стекает вниз и замерзает на русле реки уже ниже плотины 1, наращивая нижний ледо-сборный бассейн 4.
Ледосборный бассейн 4 формирует пологую форму переднего края искусственного ледника, препятствуя образованию на нем сквозных трещин.
Росту ледника способствуют сходы снежных лавин с горного участка 26 на плоскую и холодную поверхность ледосборного бассейна 4. С учетом низких ночных температур воздуха на высоте, превышающей 2500 м, сошедшая снеговая масса толщиной 3-4 м и выше будет таять очень медленно, возможно всё лето, до наступления следующей зимы. Замедленность процесса таяния снега обусловлена его физическими характеристиками. Снег имеет высокую отражательную способность солнечного излучения (до 95%), большие удельные теплоемкость (2,1 кДж/кг-°С), теплоту плавления (330 кДж/кг), но низкую теплопроводность (0,17 Вт/м-°С) (Енохович А.С. Справочник по физике и технике М., "Просвещение", 1983 г., с. 99, 111).
Кроме того, по мере постепенного таяния снега, жидкая вода не теряется, она будет просачиваться вниз, на промороженный грунт 5, ниже плотины 1 и наращивать массу льда в ледосборном бассейне 4. Снежные лавины, сходящие с участков 26 на ледосборный бассейн 4 во все последующие зимы, будут способствовать процессу ускоренного роста ледника.
Цикл образования и выращивания ледосборных бассейнов 3 и 4 повторяют в течение нескольких лет до достижения толщины льда, превышающей 80-100 м, после чего работы прекращаются. В зависимости от географических и климатических условий региона новый ледник может существовать несколько тысяч лет.
Ледник постепенно сходит с охлаждаемых участков грунта и начинает таять, образуя вначале ручьи, затем малую, а потом и большую по водосбросу реку, пригодную для конечной цели орошения земель.
Достигаемый положительный эффект в заявляемом способе образования искусственного ледника на горной реке по сравнению с прототипом проявляется в резком увеличении скорости его образования. Установка, обеспечивающая реализацию способа, позволяет выращивать искусственный ледник кругло
годично как в летнее, так и зимнее время.
Группа искусственных ледников, созданных на горных ущельях, сходящихся к большому каньону, станет естественным источником новой полноводной реки с устойчивым водным режимом, позволяющей проводить орошение нескольких десятков, а возможно и сотен тысяч гектар на предгорных засушливых территориях, что кардинально изменит экологическую и демографическую ситуацию в данном регионе.
При общей площади ледников, превышающей 40-50 км2, указанным способом можно существенно сузить проблему водообеспечения, например, целых регионов в Средней Азии.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ образования искусственного ледника на горной реке, включающий создание в заранее выбранном месте на русле реки, на высоте не менее 2500 м над уровнем моря, плотины, образующей перед собой верхний бьеф, из которого при отрицательных температурах воздуха периодически производят сбросы воды, причем каждый из них перемежают паузой во времени до замерзания воды, формируя на русле реки два ледосборных бассейна, один из которых располагается выше, а другой ниже плотины, отличающийся тем, что в грунт русла реки выше плотины предварительно заглубляют блок трубчатых свай, содержащих охлаждающие элементы, и устанавливают устройство для получения и подачи на них жидкого хладоносителя, имеющего отрицательную температуру, затем поэтапно наращивают массу и высоту искусственного ледника, причем на первом этапе производят охлаждение грунта и жидкой воды до образования выше плотины первичного ледосборного бассейна, образующего выше по руслу реки новое водохранилище с жидкой водой, затем на втором этапе в грунт этого водохранилища и в тело первичного ледосборного бассейна заглубляют дополнительные блоки трубчатых свай и соединяют их с входным патрубком устройства для получения и подачи на них жидкого хладоносителя и продолжают охлаждение свай до замерзания жидкой воды и образования очередного водохранилища перед ледосбор-ным бассейном, имеющим уже большую массу и высоту, после чего эти операции повторяют многократно до тех пор, пока ледосборный бассейн не превратится в ледник с толщиной льда 80-100 м.
2. Способ образования искусственного ледника на горной реке по п.1, отличающийся тем, что использованные охлаждающие элементы трубчатых свай, вмороженных в толщу очередного ледосборного бассейна, нагревают до положительных температур, извлекают из льда, крепят к их свободным концам ледорежущие коронки, затем заглубляют на новом месте в образовавшийся ледосборный бассейн и соединяют с входным патрубком устройства для получения и подачи на них жидкого хладоносителя и продолжают охлаждение ледосборного бассейна и протекающей по его поверхности жидкой воды до полного её замерзания.
3. Установка для использования в способе по пп.1, 2, включающая трубчатые сваи, погруженные нижним концом в замороженный грунт и содержащие охлаждающие элементы, выполненные в виде циркуляционной трубы, установленной вертикально и жестко фиксированной внутри сваи с зазором относительно её стенок, отличающаяся тем, что дополнительно содержит устройство для получения и подачи на сваи жидкого хладоносителя, включающее емкость, заполненную теплоаккумулирующим материалом, и теплообменник, заполненный хладоаккумулирующим веществом, и проходящую через них трубу, образующую вместе с трубчатыми сваями замкнутый контур для движения жидкого хладоносите-ля, а также ветряной электрогенератор и фокусирующий коллектор солнечного излучения, причем емкость, заполненная теплоаккумулирующим материалом, и теплообменник дополнительно соединены друг с другом абсорбционными холодильными агрегатами, каждый из которых имеет камеру-испаритель, помещенную в емкость с теплоаккумулирующим материалом, и камеру-абсорбер, установленную в теплообменнике.
4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что внутри емкости, заполненной теплоаккумулирующим материалом, жестко фиксированы электронагревательные элементы, имеющие соединение с ветряным электрогенератором, а на наружной её поверхности укреплена панель, поглощающая отражаемую на неё фокусирующим коллектором солнечную радиацию.
1.
1.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
027498
027498
- 1 -
- 1 -
027498
027498
- 1 -
- 1 -
027498
027498
- 1 -
- 1 -
027498
027498
- 1 -
- 1 -
027498
027498
- 4 -
- 3 -
027498
027498
- 6 -
027498
027498
- 8 -