DE2651117A1

DE2651117A1 - Vorrichtung zum bodengefrieren

Info

Publication number: DE2651117A1
Application number: DE19762651117
Authority: DE
Inventors: Dieter Ing Grad Rebhan
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1976-11-09
Filing date: 1976-11-09
Publication date: 1978-05-18

Description

Vorrichtung zum Bodengefrieren
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bodengefrieren unter Verwendung von KUhlgasen mit mindestens einem in den zu gefrierenden Boden niederzubringenden unten und oben verschlossenen Gefrierrohr, in dem ein unten offenes, am oberen Ende an eine KUhlgaszuleitung angeschlossenes Fallrohr angeordnet ist.
Eine aus der DT-OS 21 56 420 bekannte Vorrichtung dieser Art zeigt eine Vielzahl von in den zu verfestigenden Boden niedergebrachten Gefrierrohren, in denen jeweils ein sich im wesentlichen Uber deren gesamte Länge erstreckendes, am oberen Ende Uber das jeweilige Gefrierrohr hinausragende Fallrohr angeordnet ist. Dabei ist das Fallrohr des ersten Gefrierrohres an eine Quelle fUr flUssigen Stickstoff angeschlossen, während das Fallrohr des zweiten Gefrierrohres mit dem oberen Ende des ersten Gefrierrohres, das Fallrohr des dritten Gefrierrohres mit dem oberen Ende des zweiten Gefrierrohres usw. in Verbindung steht. Auf diese Weise ergibt sich eine Vielzahl von in Serie verbundenen Gefrierrohren,die eine weitgehende Ausnutzung der vorhandenen Kälteenergie des flüssigen Stickstoffs ermöglichen und deren Einsatz ein gleichmäßiges Bodengefrieren auf ihrer ganzen Ldnge erlaubt.
In manchen Fällen ist es jedoch nur erforderlich, tiefer liegende Bodenschichten zu vereisen, während eine Frostung der darüber befindlichen Bodenschichten unerwUnscht ist und nur den Energiebedarf erhöht. Beispielsweise ist es beim Vortreiben eines Tunnelstollens oft nicht möglich, Gefrierrohre vor Ort horizontal zu setzen, so daß von der Oberfläche her eine Bodenvereisung mit vertikal niederzubringenden Gefrierrohren dur¢hgefUhrt werden muß. Die Anwendung der bekannten Vorrichtung fUr diese Aufgabe wUrde aber eine Frostung des Bodens auf der ganzen Länge der Gefrierrohre ergeben, wobei der Energiebedarf unnötig hoch ist und ein wirtschaftlicher Einsatz des flüssigen Stiokstoffs nicht gegeben ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Bodengefrieren der eingangs beschriebenen Art zu entwickeln, die mit geringem technischen Aufwand die Frostung tiefer Bodenschichten ohne die Vereisung höher gelegener Bodenschichten ermöglicht und einen wirtschaftlichen Einsatz von KUhlgasen gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäßdadurch gelöst, daß im oberen Bereich des Gefrierrohres ein das Fallrohr umschließendes Steigrohr angeordnet ist.
Durch die Anordnung eines das Fallrohr umschließenden Steigrohres, mit dem das KUhlgas aus dem Gefrierrohr abgezogen werden kann, wird im Bereich des Steigrohres das Gefrierrohr nur unwesentlich von kaltem Gas durchströmt und der Wärmedbergang zwischen KUhlgas und Boden durch die Wand des Gefrierrohres auf ein Minimum beschränkt. Denn nach dem Einleiten des KUhlgases, beispielsweise von flUssigem Stickstoff, Uber das Fallrohr in das Gefrierrohr, steigt das KUhlgas in dem zunächst vom Fallrohr und Gefrierrohr gebildeten Ringraum nach oben, wobei durch die Wand des Gefrierrohres ein Wärmetausch zwischen KUhlgas und zu gefrierendem Boden stattfindet. Das KUhlgas sammelt sich dann im Ringraum zwischen Steigrohr und Gefrierrohr, aus dem ein Entweichen nach oben durch die oben geschlossene Ausführung des Gefrierrohres nicht möglich ist. Ist dieser Ringraum mit einem durch den stattgefundenen Wärmetausch erwärmten Gaspolster ausgefUllt, strömt aus dem Fallrohr nachfolgendes Kühlgas weitgehend direkt Uber das Steigrohr aus dem Gefrierrohr ab.
Die Länge des Steigrohres nach unten richtet sich dabei vorteilhafterweise nach der gewünschten oberen Frostgrenze im Boden, wobei das untere Ende des Steigrohres etwa mit der oberen Frostgrenze des Bodens zusammenfallen soll. Ist die Länge des Steigrohres durch dessen axiales Verschieben nach oben und nach unten variabel, kann die Vorrichtung verschiedenen, sich aus der Beschaffenheit des jeweiligen zu gefrierenden Bodens ergebenden Höhenlagen der obs en Frostgrenze angepaßt werden.
Um außerdem eine zusätzliche Verminderung des KSlteenergieverlustes des KUhlgases zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn das Gefrierrohr im Bereich der Länge des Steigrohres eine geringe Wärmedurchgangszahl aufweist. Dazu ist es besonders zweckmäßig, das Gefrierrohr zweigeteilt auszuführen und im Bereich der Länge des Steigrohres ein Gefrierrohr z.B. aus Kunststoff und im unteren Teil, im Bereich des gewUnschten Frostkörpers ein Gefrierrohr z.B. aus gut wärmeleitendem Metall ein zusetzen.
Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung besteht auch das Fallrohr und das Steigrohr aus Kunststoff, beispielsweise aus Polyamid-weich. Dadurch werden zum einen die Kälteenergieverluste des in dem Fallrohr nach unten geleiteten KUhlgases vermindert, da dann ein Wärme-Ubergang durch die Wand des Fallrohres mit dem im Gefrierrohr nach oben aufsteigenden, durch Wärmetausch mit dem Boden erwSrmten KUhigas beschränkt wird. Zum anderen werden Kälteenergieverluste des durch das Steigrohr abziehenden KUhlgases an das in dem Ringraum zwischen Steigrohr und Gefrierrohr vorhandene Gaspolster weitgehend vermieden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in einer Figur schematisch dargestellten AusfUhrungsbeispiels beschrieben.
In der Figur ist mit 1 ein Sollfrostkörper (Umrisse gestrichelt gezeichnet) in einem nur in der Tiefe zu gefrierenden Baugrund 3 bezeichnet, der mit Hilfe eines vertikalen, von der Oberfläche des Baugrundes 3 fast bis zur Untergrenze des Sollfrostkörpers 1 niedergebrachten Gefrierrohres 4 vereist werden soll.
Dazu ist in dem Gefrierrohr 4 ein Fallrohr 6 fur KUhlgase angeordnet, das stoh Ufer die ganze Länge des Gefrierrohres 4 fast bis zu dessen Boden erstreckt und unten ofen ist. Desweiteren ist in das Gerrierrohr 4 ein das Fallrohr 6 umschließendes Steigrohr 8 fUr Kilhlgase eingesetzt, dessen Länge nach unten von der oberen Frostgrenze des Sollfrostkörpers 1 bestimmt ist.
Nach oben ragt einerseits das Steigrohr 8 aus dem Gefrierrohr 4 und andererseits das Fallrohr 6 aus dem Steigrohr 8 heraus, wobei das Fallrohr 6 an eine KUhlgaszuleitung 7 und das Steigrohr 8 an eine Auslaßleitung 10 angeschlossen ist. Sowohl das Gefrierrohr 4 als auch das Steigrohr 8 sind oben jeweils mit einem Deckel 5, 9 der eine entsprechende Bohrung für das Steigrohr 8 bzw. das Fallrohr 6 aufweist, gasdicht verschlossen.
Aufgrund dieser Anordnung der Vorrichtung sammelt sich das in das Gefrierrohr 4 Uber die KUhlgaszuleitung 7 und das Fallrohr 6 eingeleitete KUhlgas, beispielsweise flUssiger Stickstoff, in dem zwischen Steigrohr 8 und Oefrierrohr 4 vorhandenen Ringraum und bildet dort ein Gaspolster. Aus dem Fallrohr 6 nachströmendes KUhlgas entweicht dann Uber das Steigrohr 8 und die Auslaßleitung 10, wodurch der WKrmeUbergang zwischen KUhlgas und Boden im Bereich des Steigrohres 8 wesentlich vermindert ist.
Eine weitere Reduzierung dieses WdrmeUbergangs kann außerdem dadurch erreicht werden, daß das Gefrierrohr 4 oberhalb des Sollrrostkörpers 1 und das Steigrohr 8 sowie das Fallrohr 6 auf der ganzen Lunge aus Kunststorr besteht. Damit stellt sich letzten Endes ein in der Figur mit 2 bezeichneter Istfrostkörper (Umrisse strichpunktiert gezeichnet) in dem Baugrund 3 rings um das Gefrierrohr 4 ein, der im Bereich der Länge des Steigrohres 4 nur einen geringfügig größeren Durchmesser als das Gefrierrohr 4 aufweist.
Selbstverständlich können fUr die Herstellung eines Frostkörpers bestimmter Ausdehnungen mehrere solcher Gefrierrohre nebeneinander gesetzt werden. Die KUhlgaszuleitung in das Fallrohr des ersten Gefrierrohres kann dann mit einem Vorratstank für flUssiges KUhlgas und die KUhlgaszuleitung in das Fallrohr des zweiten Gefrierrohres mit der Auslaßleitung des Steigrohres des ersten Gefrierrohres in Verbindung stehen. Vor allem bei solchen Reihsnschaltungen kann selbstverständlich auch durch Xndern der jeweiligen Anschlüsse das Steigrohr als Fallrohr und das Fallrohr als Steigrohr benutzt werden, falls dies als zweckmäßig erachtet wird.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Vorrichtung zum Bodengefrieren unter Verwendung von Kühlgasen mit mindestens einem in den zu gefrierenden Boden niederzubringenden unten und oben verschlossenen Gefrierrohr, in dem ein unten offenes, am oberen Ende an eine KUhlgaszuleitung angeschlossenes Fallrohr angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich des Gefrierrohres (4) ein das Fallrohr (6) umschließendes Steigrohr (8) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lunge des Steigrohres (8) nach unten von der gewflflschten oberen Frostgrenze im Boden bestimmt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefrierrohr (4) im Bereich der Lunge des Steigrohres (8) eine geringe Wärmedurchgangszahl aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefrierrohr (4) zweigeteilt ausgeführt ist und'im Bereich der Länge des Steigrohres (8) aus Kunststoff und im unteren Teil aus gut wärmeleitendem Metall besteht.
5. Vorrichtung nach einem der AnsprUche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fallrohr (6) und das Steigrohr (8) aus Kunststoff bestehen.