Устройство для рассеивания тумана
FOG DISSIPATOR

Изобретение относится к области техники, предназначенной для рассеивания тумана на контролируемой территории (аэродромы, скоростные автодороги, открытые площадки для проведения различных спортивных и зрелищных мероприятий и т.д.), где необходимо выполнение требований по прозрачности атмосферы и обеспечению выполнения требований по обеспечению дальности видимости.
В патентах на изобретения: RU №2357404, опубл. 10.06.2009 г., RU №2175185, опубл. 27.10.2001 г., RU №2061358, опубл. 10.06.1996 г., предлагаются способы рассеивания туманов, основанные на искусственной конденсации паров воды путем использования специальных веществ (реагентов). Доставку реагентов и их распространение в тумане или облачности предлагается осуществлять различными способами, например с самолетов (см., например, патент США №2815928, МПК A01G 15/00, опубл. 10.12.1957 г.), с помощью ракет (см., например, авторское свидетельство СССР №576839, МПК A01G 15/00), снарядов (см., например, Российская Федерация, патент №2034444, МПК 6 A01G 15/00, опубл. 10.05.1995 г.). Известные методы предполагаются для использования по рассеиванию переохлажденных туманов (туманов, образуемых в условиях отрицательных температур окружающего воздуха). Теплые же туманы являются устойчивыми, и данных по их применению для рассеивания теплых туманов в литературных источниках не обнаружено.
Известны способы электрического воздействия, основанные на генерации в аэрозольном облаке коронного разряда (см., например, авторское свидетельство СССР №71260, МПК A01G 15/00, опубл. 31.07.1948 г., патент США №3456880, МПК A01G 15/00, опубл. 22.07.1969 г. Л.Г. Качурин "Физические основы воздействия на атмосферные образования", Гидрометеоиздат, Ленинград, 1978 г., стр. 287-293). Как следует из приведенных источников информации, определяющим фактором рассеивания тумана в известном способе является пространственный заряд, воздействующий на атмосферные образования.
В патенте РФ на изобретение RU №2422584 описан способ рассеивания тумана, который предусматривает определение направления распространения тумана относительно защищаемого объекта. Генерацией коронного разряда с наветренной относительно защищаемого объекта стороны формируют поток заряженных частиц, ориентированный в сторону, направленную на защищаемый объект. Генерация коронного разряда осуществляется путем формирования неоднородного электрического поля на острых кромках поверхности коронирующего электрода. Реализация данного способа может быть осуществлена с помощью устройства, представленного в патенте РФ на изобретение RU №2124288 С1, кл. Е01Н 13/00, 19.12.1997 г., опубл. 10.01.1999 г., бюл. №1. Устройство содержит подсоединенные к источнику тока провода с малым радиусом кривизны поверхности, закрепленные на изоляторах опор параллельно электропроводной сетке, смонтированной в вертикальной плоскости, проходящей через оси симметрии смежных опор. Генерируемый коронирующими проводами коронный разряд создает ионный ветер, который направлен от коронирующих проводов к заземленной сетке. Облако тумана, проходя через область коронного разряда, получает электрический заряд и ионным ветром, а также внешним ветровым потоком направляется на заземленную сетку. Проходя через ячейки заземленной сетки, электрически заряженные капли тумана сепарируются от ветрового потока и очищенный от тумана ветровой поток направляется в область защищаемого от тумана пространства. Известное техническое решение обеспечивает сепарацию капель тумана из набегающего на защищаемый объект воздушного потока. Очищенный от капель тумана воздушный поток обладает хорошей оптической прозрачностью и обеспечивает необходимую дальность видимости. Сепарация капель тумана в известном техническом решении осуществляется в два этапа: на первом этапе в области горения коронного разряда производят электрическое заряжание капель тумана; на втором этапе электрически заряженные капли сепарируются на заземленной поверхности. Эффективность сепарации капель в известном техническом решении определяется устойчивостью горения коронного разряда, которая может быть обеспечена в условиях высокой точности зазора разрядного промежутка по всей площади устройства, что является сложной технологической задачей. Кроме того, генерация коронного разряда - достаточно энергоемкий энергетический процесс и требует значительных эксплуатационных затрат.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является устройство для рассеивания тумана, представленное в патенте РФ на изобретение RU №2534568 С1, МПК A01G 15/00.
Известное устройство для рассеивания тумана содержит установленный с зазором относительно заземленной поверхности, соединенный с источником электропитания  ивыполненный в виде оболочки с гладкой поверхностью, радиус кривизны которой не менее нуля, электрод с зазором относительно внутренней поверхности которого, через диэлектрическую обкладку установлена заземленная обкладка.
В известном устройстве энергия формируемого устройством электрического поля используется напрямую для удаления капель тумана из контролируемого пространства. Энергия не тратится на генерацию коронного разряда и формирование в окружающем пространстве электрически заряженных частиц. Энергия электрического поля обеспечивает в окружающем пространстве поляризацию капель тумана, и вследствие его неоднородности осуществляет движение поляризованных капель в сторону увеличения градиента электрического поля. Эффективность рассеивания тумана, определяемая энергией электрического поля, формируемого электрически заряженным электродом в тумане, в известном устройстве ограничена значением подаваемого на электрод напряжения.
Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности рассеивания тумана.
Для достижения заявленной цели в известном устройстве, содержащем установленный с зазором относительно заземленной поверхности и соединенный с источником электропитания электрод, выполненный в виде гладкой, с положительной кривизной поверхности оболочки, заземленная поверхность выполнена в виде окружающей электрод сетчатой оболочки.
Технический результат достигается за счет того, что выполнение заземленной поверхности в виде окружающей электрод сетчатой оболочки не препятствует прохождению тумана в зазоре между электрически заряженным электродом и заземленной поверхностью и, с другой стороны, обеспечивает повышение электрической емкости электрода. Значение электрического заряда, накапливаемого на обращенной к туману поверхности электрода, вследствие повышения его электрической емкости повышается и, как следствие, повышается значение электрической энергии электрического поля, формируемого электрически заряженным электродом в тумане. Повышается мощность воздействия устройства на туман и повышается эффективность его рассеивания.
2
На рис.1а и рис.1b представлена принципиальная схема предлагаемого устройства. Устройство включает в себя смонтированные на опорах 1 соединенные между собой тросами 2 кольца 3. Тросы 2, натянутые между кольцами 3, выполняют роль каркаса, поверх которого закреплена электропроводная заземленная сетчатая оболочка 4. Внутри колец 3 через электрические изоляторы 5 смонтирован электрод 6, соединенный с источником электрического питания 7. Количество натянутых тросов 2 определяется жесткостью электропроводной сетчатой оболочки и выбирается из условия обеспечения равномерности зазора между электропроводной заземленной сетчатой оболочкой 4 и электродом 6. Между электродом 6 и натянутыми тросами 2 или непосредственно между электродом 6 и заземленной электропроводной сетчатой оболочкой 4 для обеспечения устойчивости заземленной электропроводной сетчатой оболочки 4 могут быть установлены дополнительные электрические изоляторы 5. Для свободного прохождения тумана через электропроводную сетчатую оболочку 4 площадь каждой ячейки сетки должна быть не менее 20 мм. Конструкция заземленной электропроводной сетчатой оболочки 4 должна быть выполнена из гладких элементов с минимальным радиусом их внешней поверхности не менее 1 мм. Например, она может быть выполнена в виде сетки из проволоки диаметром не менее 2 мм с ячейкой порядка 5 мм × 5 мм, без каких-либо повреждений в виде неровностей или царапин с радиусом выступающих поверхностей менее 1 мм.
На рис.2 представлен вариант схемы предлагаемого устройства, выполненного в виде аэростата, подвешиваемого над поверхностью земли. Для удобства представления описания позиции составных элементов конструкции, выполняющих одинаковые функции с устройством по схеме, представленной на рис.1а и рис.1b, обозначены одними и теми же цифрами.
Устройство представляет собой электрод 6, выполненный в виде накачанной избыточным давлением легче воздуха и покрытой электропроводным материалом оболочки. Оболочка 6 выполнена в виде гладкой регулярной поверхности с положительным радиусом кривизны поверхности. Гладкость и регулярность поверхности оболочки 6 с положительным радиусом кривизны поверхности может быть обеспечена за счет соответствующей выкройки материала, изготовления оболочки из упругих деформируемых тканей (типа прорезиненных материалов) и поддержания ее формы внутренним избыточным давлением газа легче воздуха. Электрически изолированно, например, на изоляторах 5 с зазором 5 относительно поверхности электрода 6 смонтирована электропроводная заземленная сетчатая оболочка 4, заземление которой может быть осуществлено через удерживающие тросы 8. Высоковольтный источник питания 7 соединен с электродом 6 и может быть смонтирован в зазоре между электродом 6 и электропроводной заземленной сетчатой оболочкой 4.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
При подаче от источника питания 7 на электрод 6 высокого напряжения на его поверхности накопится электрически заряд. Величина накопленного электрического заряда будет определяться напряжением источника питания 7 и электрической емкостью электрода 6. Электрод 6, соединенный с высоковольтным источником питания 7, в предлагаемой конструкции окружен заземленной электропроводной сетчатой оболочкой 4 и является одним из электродов цилиндрического конденсатора. Электрическая емкость образованного конденсатора может быть увеличена путем уменьшения зазора между электродом 6 и заземленной электропроводной сетчатой оболочкой 4. Конструкция заземленной электропроводной сетчатой оболочки 4 выполнена из гладких элементов, поверхность электрода 6 выполнена в виде в виде гладкой оболочки. Исключается вероятность образования коронных разрядов. Уменьшение зазора может быть выполнено до минимальных значений, определяемых электрической прочностью влажного воздуха, что обеспечивает накопление на поверхности электрода 6 значительного электрического заряда. Электрический заряд в окружающем его пространстве формирует неоднородное электрическое поле, значение которого пропорционально величине заряда. Так как поверхность электрода гладкая, в окружающем электрод пространстве силовые линии, а, следовательно, и энергии формируемого электрического поля, будут распределены по всему окружающему электрод пространству между электродом и заземленной поверхностью. Капли тумана, находящиеся в электрическом поле, поляризуются и вследствие неоднородности электрического поля втягиваются в сторону увеличения его градиента. Таким образом, электрически нейтральные капли тумана притягиваются к электрически заряженному электроду. При соприкосновении с электрически заряженным электродом капли тумана получают электрический заряд того же знака, что и электрод, и электрическим полем выносятся по силовым линиям электрического поля в направлении к заземленной поверхности. Электрически заряженный электрод формирует направленное движение капель через ячейки в заземленной электропроводной сетчатой оболочке 4 в окружающее пространство. Таким образом, капли тумана вытесняются из окружающего заземленную электропроводную сетчатую оболочку 4 и на пути своего движения сталкиваются с другими каплями, сливаются с ними, укрупняются и под действием силы тяжести падают вниз, обеспечивая рассеивание тумана в проходящем в окрестности предлагаемого устройства рассеивания тумана воздушном потоке.
Таким образом, предложенное решение благодаря новым, ранее неизвестным признакам, позволяет решить задачу повышения электрической емкости электрода, объема накапливаемого на его поверхности электрического заряда, без увеличения напряжения на источнике питания. Повышается мощность действующего на туман электрического поля, что обеспечивает повышение эффективности рассеивания тумана и позволяет достичь цели предлагаемого изобретения.
Изобретение создано при поддержке РФФИ. Проекты NN14-08-00835, 15-08-04724.