Термоэлектрический охладитель грунта Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 624.139.64

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ОХЛАДИТЕЛЬ ГРУНТА

В. В. Ананьев1, В. В. Голованова2

1ООО Научно-производственное предприятие «Медгаз» Российская Федерация, 121471, г. Москва, Можайское шоссе, 29 E-mail: [email protected] 2ФГУП «КБ «Арсенал» имени М. В. Фрунзе» Российская Федерация, 195009, г. Санкт-Петербург, ул. Комсомола, 1-3 E-mail: [email protected]

Проведены стендовые испытания агрегатированных термостабилизаторов мерзлого грунта с термоэлектрическим охладителем. Показана работоспособность и сняты тепловые характеристики агрегатов совместно с термосифонами, заправленными фреоном.

Ключевые слова: термоэлектрический эффект Пельтье, термостабилизация грунтов, всесезонный термостабилизатор, мерзлые грунты.

THERMOELECTRIC COOLER SOIL

V. V. Ananiev1, V. V. Golovanova2

:LLC Scientific-Production Enterprise "Medgaz" 29, Mozhaiskoye shosse, Moscow, 121471, Russian Federation E-mail: [email protected] 2Design Bureau "Arsenal" named after M. V. Frunze 1-3, Komsomol Str., Saint-Petersburg, 195009, Russian Federation E-mail: [email protected]

Conducted testing thermal stabilizers packaged frozen ground with a thermoelectric cooler. Shows performance and dropped thermal characteristics of aggregates together with thermosyphon refilled freon.

Keywords: thermoelectric Peltier effect, thermostabilization of the ground, the all-season thermostabilizer, frozen soils.

При строительстве объектов газоконденсатных и нефтяных месторождений в районах Крайнего Севера в настоящее время применяют для сохранения мерзлого состояния и обеспечения несущей способности грунтов оснований по принципу 1 сезоннодействую-щие охлаждающие устройства (СОУ) и рекомендуется [1; 2], как правило, в сочетании с другими охлаждающими устройствами.

Нами были проведены стендовые испытания действующего макета термосифона в комплекте с охлаждающим устройством - термоэлектрическим холодильником с максимальной холодопроизводительно-стью 200 Вт. с целью получения оценки их работоспособности и теплотехнических характеристик.

Термоэлектрический охладитель (ТЭО) выполнен в виде теплопереходника из алюминиевого сплава с установленными на нем термоэлектрическими модулями Пельтье (15 шт.) размер 40*40*3,6 с максимальной холодопроизводительностью 40 Вт и максимальной разностью температур спаев 62 °С при температуре горячего спая 27 °С токе 6А и напряжении 15 В. Теплопереходник на скользящей посадке устанавливается на термосифон диаметром 36 мм, на длине 400 мм, заправленный фреоном-22 (200-300 г).

Соединение термомодулей с теплопереходником -механическое, прижимное с пастой 131-178. Горячие спаи термомодулей обустроены алюминиевыми пластинчато-ребристыми радиаторами. Способ термического контакта: прижимной, механический, с пастой 131-178. Обдув радиаторов воздухом осуществляется встроенным вентилятором с мощностью привода менее 100 Вт. Электропитание: постоянный ток до 15 А напряжением до 50 В. Теплоизоляция - стекломаты. Тепловая полезная нагрузка на термосифон создавалась электронагревателем мощностью до 150 Вт. Тепловая нагрузка на теплопереходник осуществлялась электронагревателем, смонтированным на фторопластовом стержне диаметром 36 мм и мощностью 150 Вт.

Испытания проводились в два этапа. Первый этап -полезная нагрузка производилась непосредственно электрическим имитатором на внутреннюю поверхность теплопереходника. Второй этап - полезная нагрузка к теплопереходнику производилась посредством термосифона. Ток на термомодули Пельтье поддерживался - 9 А при напряжении 48 В. Температура воздуха - +20...+22 °С. Общая наработка в часах более 100 часов.

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

На рис. 1 представлены результаты испытаний ТЭО - зависимость полезная тепловая нагрузка -температура на контакте: 1 - термоэлектрический

модуль, 2 - термоэлектрический охладитель - нагреватель эл. нагрузки Q, 3 - термоэлектрический охладитель - термосифон - нагреватель эл. нагрузки Q.

У /

V л/ л

ъ /

1 /

30 -20 -Ю о

Рис. 2. Зависимость эффективности (холодильный коэффициент) от температуры: 10 - термоэлектрический модуль Тг = 27 °С; 1 - термоэлектрический модуль Тг = 37 °С; 2 - термоэлектрический охладитель - нагреватель эл. нагрузки Q; 3 - термоэлектрический охладитель - термосифон - нагреватель эл. нагрузки Q

Результаты испытаний коррелируют с известными данными. Величина холодильного коэффициента при непосредственном контакте электрического имитатора нагрузки в диапазоне температур -20.-10 °С находится в пределах 5-15 %.

Величина холодильного коэффициента 5 % при -6 °С для данного конструктивного исполнения ТЭО и термосифона (рис. 2, кривая 3) является достаточно оптимистичной и приемлемой.

Проведены стендовые испытания агрегатирован-ных термостабилизаторов мерзлого грунта с термоэлектрическим охладителем. Показана работоспособность и сняты тепловые характеристики агрегатов совместно с термосифонами, заправленными фреоном 22.

Библиографические ссылки

1. СНиП 2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Госстрой СССР. М. : ЦИТП Госстроя СССР, 1980. 56 с.

2. Теплофизические свойства горных пород. М. : МГУ, 1984. 485 с.

References

1. Snip 2.02.04-88. Bases and foundations on site soil-Gosstroy of USSR-m.: CITP Gosstroy of USSR, 1980. 56 p.

2. Thermal properties of rocks. М. : MSU. 1984. 485 р.

© Ананьев В. В., Голованова В. В., 2018