СНЕГОТАЯЛКА
SNOW MELTER

Техническое решение относится к технике для зимнего содержания городов, аэродромов, транспортных и промышленных объектов, а именно к системам оперативного таяния.
Известные снеготаялки отличаются источниками тепла, например, выполненными в виде «змеевидной» (кольцевой) горелки (патент РФ №2268335, кл. Е01Н 5/10, 20.01.2006 г.). Снеготаялка состоит из подвижной рамы, к которой прикреплена металлическая конусная труба, имеющая приемную и выходную горловину. Металлическую конусную трубу охватывает «змеевидная» (кольцевая) горелка с форсунками. Выходная горелка снабжена съемными Г-образной и прямоугольной насадками. Рама выполнена ячейками, в которых размещены баллоны с горючей смесью под давлением - рабочий и запасные. Конусная металлическая труба прикреплена к раме стойками через асбестоцементные прокладки, а «змеевидная» (кольцевая) горелка - стойками через асбестоцементные прокладки. Один конец «змеевидной» горелки открыт и соединен трубопроводом с рабочим баллоном, второй запаян.
Снеготаялка работает следующим образом. Металлическую конусную трубу нагревают с помощью «змеевидной» (кольцевой) горелки через форсунки, температура нагрева регулируется подачей горючей смеси под давлением. Затем с помощью вентиля баллона снег подается через приемную горловину в металлическую конусную трубу и, находясь в замкнутом пространстве трубы, тает и превращается в воду, которая стекает по наклонной плоскости через выходную горловину.
Известные снеготаялки отличаются видами интенсификаторов таяния, используемых вместе с основным источником тепла, например, выполненных в виде инфракрасных излучателей (патент РФ №2226591, кл. Е01Н 5/10, 10.04.2004 г.). Снеготаялка состоит из камеры таяния с приподнятым над землей основанием, выполненным из плит из жесткого крупнопористого материала, уложенных на полки тавровых балок. Камера таяния замкнутого объема образована ограждающими конструкциями из материалов с малой теплопроводностью. Под основанием установлена нагнетательная распределительная система из перфорированных труб для подачи и равномерного распределения горячего воздуха в пространстве под основанием. Вдоль продольной оси камеры плавления в верхней ее части установлен воздухозаборный перфорированный трубопровод для обеспечения оборотной системы подачи воздуха после его подогрева или вывода охлажденного воздуха в атмосферу при наличии постоянного источника горячего воздуха. В потолочной части камеры размещены инфракрасные излучатели. Поверхность земли под камерой плавления спланирована и имеет уклон в сторону осадочно-переливного приямка, расположенного в середине плановой проекции снеготаялки. Для предотвращения инфильтрации талой воды поверхность земли имеет водонепроницаемое покрытие пленочное или асфальтовое. Приямок соединен переливной трубой с канализационным колодцем. В торцевой части камеры плавления установлены загрузочные ворота. С наружной стороны к камере плавления примыкает дополнительная камера с энергоустановкой, связанной с нагнетательными и воздухозаборными трубопроводами.
Снеготаялка работает следующим образом. Снег через ворота загружается на основание, выполненное из плит из жесткого крупнопористого материала, после чего ворота закрываются и по перфорированным трубам под основанием подается горячий воздух от энергоустановки в камере или от постоянного источника. Горячий воздух прогревает крупнопористое основание и, пройдя через его поры, пронизывает толщу снега и плавит его. Талая вода под действием силы тяжести просачивается вниз и стекает через поры основания на спланированную поверхность земли с водонепроницаемым покрытием, а затем в осадочно-переливной приямок, переливную трубу, в колодец канализационной сети. Охлажденный воздух по воздухозаборному перфорированному трубопроводу поступает в камеру для подогрева в энергоустановке и последующего использования для плавления снега.
Недостатками вышеуказанных аналогов являются низкая эффективность, сложность и дороговизна конструкции.
Прототипом технического решения является снеготаялка (см. авторское свидетельство СССР №443145, Е01Н 5/10, БИ №34 от 15.09.74 г.), включающая размещенные на общей раме загрузочный бункер, камеру таяния, источник тепла, интенсификатор, устройство для слива воды, грязеотстойник, генератор электрического тока ультразвуковой частоты.
Прототип работает следующим образом. Из источника тепла горячая вода поступает в камеру таяния и заполняет 2/3 ее объема. Затем включают генератор ультразвукового диапазона длин волн, от которого генерируются ультразвуковые волны через волновод к аппликатору далее в камеру таяния. После этого в камеру таяния через загрузочный бункер подают снег. Под действием ультразвуковых колебаний в воде со снегом происходит процесс ультразвуковой кавитации, который позволяет ликвидировать основное термосопротивление между снегом и теплоносителем - пограничный слой. При кавитации происходит разрыв непосредственно пограничного слоя, благодаря чему происходит быстрая передача энергии от теплоносителя к снегу. По мере таяния снега вода сливается через устройство для слива воды.
Недостатком устройства-прототипа является необходимость использования источника горячей воды, от которого требуется большое количество горячей воды, постоянно поддерживающейся на уровне 2/3 от общего объема камеры таяния из-за слива воды, образующейся в процессе таяния снега. Все это приводит к снижению эффективности устройства и усложнению конструкции.
Решаемая техническая задача заключается в повышении эффективности работы, упрощении и удешевлении конструкции.
Решаемая техническая задача в снеготаялке, включающей размещенные на общей раме загрузочный бункер, камеру таяния, источник тепла, устройство для слива воды и грязеотстойник, а также интенсификатор, выполненный в виде генератора, волновода и аппликатора ультразвукового диапазона длин волн, достигается тем, что источник тепла, выполнен в виде, как минимум, одного генератора волнового излучения, работающего в диапазоне, отличном от ультразвукового диапазона длин волн, соединенного через, как минимум, один волновод, как минимум, с одним аппликатором, введенным в камеру таяния, а устройство для слива воды совмещено с грязеотстойником.
Источник тепла, может быть выполнен на основе как минимум, одного генератора, волновода и аппликатора, работающих в микроволновом диапазоне длин волн.
Источник тепла может быть выполнен на основе, как минимум, одного генератора, волновода и аппликатора, работающих в терагерцовом диапазоне длин волн.
Источник тепла может быть выполнен на основе, как минимум, одного генератора, волновода и аппликатора, работающих в оптическом диапазоне длин волн.
На чертеже схематически изображена предлагаемая снеготаялка.
Снеготаялка, изображенная на чертеже, содержит размещенные на общей раме 1 загрузочный бункер 2, через который осуществляется загрузка снега в камеру таяния 3, источник тепла 4, соединенный с камерой таяния 3, интенсификатор 5, соединенный с камерой таяния 3, а также последовательно соединенные с камерой таяния 3 грязеотстойник 6 и устройство для слива воды 7. Причем интенсификатор 5 выполнен в виде последовательно соединенных генератора 8, волновода 9 и аппликатора 10 ультразвукового диапазона длин волн. Источник тепла 4 выполнен в виде, как минимум, одного генератора волнового излучения 11, работающего в диапазоне, отличном от ультразвукового диапазона длин волн, соединенного через, как минимум, один волновод 12, как минимум, с одним аппликатором 13, введенным в камеру таяния, а устройство для слива воды 5 совмещено с грязеотстойником 6.
Генератор ультразвукового диапазона длин волн 8 и генератор волнового излучения 11 имеют источник электрического питания, не указанный на чертеже.
Источник тепла 4 может быть выполнен на основе, как минимум, одного генератора 11, волновода 12 и аппликатора 13, работающих в микроволновом диапазоне длин волн.
Источник тепла 4 может быть выполнен на основе, как минимум, одного генератора 11, волновода 12 и аппликатора 13, работающих в терагерцовом диапазоне длин волн.
Источник тепла 4 может быть выполнен на основе, как минимум, одного генератора 11, волновода 12 и аппликатора 13, работающих в оптическом диапазоне длин волн.
Рассмотрим работу устройства на примере использования генератора, волновода и аппликатора микроволнового диапазона длин волн.
Снег засыпают в загрузочный бункер 2. После закрытия верхней крышки загрузочного бункера 2 включают генератор волнового излучения 11 микроволнового диапазона. Микроволновое излучение распространяется по волноводу 12 и через аппликатор 13 попадает в камеру таяния 3. Под действием микроволнового излучения снег за счет высоких диэлектрических потерь подвергается интенсивному термическому воздействию. Процесс интенсивного тепловыделения в данном случае основан на преобразовании энергии электромагнитных волн в тепловую энергию, в результате происходит эффективное таяние снега. Дополнительное воздействие, направленное на ускорение передачи энергии от образующейся в порах снега талой воды к снегу, оказывают ультразвуковые колебания, излучаемые через аппликатор 10, соединенный с волноводом 9, генерируемые от генератора ультразвукового диапазона длин волн 8. По мере таяния снега талая вода сливается через устройство для слива воды 7, при этом крупные частицы мусора попадают в грязеотстойник 6, совмещенный с устройством для слива воды 7. После окончания процесса таяния электрическое питание отключают.
Использование излучения терагерцового и оптического диапазонов длин волн основано на том же принципе работы, что и при применении микроволнового излучения.
Снеготаялка может быть реализована на основе генератора, волновода и аппликатора микроволнового и/или терагерцового и/или оптического диапазона длин волн.
Снеготаялка может быть реализована на следующих элементах:
- общая рама 1 - прочная сталь, для несущих конструкций;
- загрузочный бункер 2 - цилиндрической и прямоугольной формы, материал нержавеющая сталь, алюминий;
- камера таяния 3 - цилиндрической и прямоугольной формы, материал нержавеющая сталь, алюминий;
- грязеотстойник 6 - прямоугольной формы, материал нержавеющая сталь, алюминий;
- устройство слива 7 - цилиндрической и прямоугольной формы сечения, материал нержавеющая сталь, алюминий;
- генератор волнового излучения 8 для ультразвукового диапазона длин волн - УЗГ 15-1,6/22 фирмы ООО «ИТЦ ЛаборКомплектСервис»;
- волновод 9 с аппликатором 10 - для ультразвукового диапазона длин волн - каскадный волновой излучатель (суперкавитатор) - фирмы ООО «Ультразвуковая техника - ИНЛАБ»;
- генератор волнового излучения 11, например, для микроволнового диапазона длин волн - магнетрон 2М213 (09 В) (2M213-01GKH) фирмы «LG»;
- генератор волнового излучения 11, например, для терагерцового диапазона длин волн - терагерцовый лазер SIFIR-50 фирмы «Coherent, Inc»;
- генератор волнового излучения 11, например, для оптического диапазона длин волн - лазерный диод IDL1000M-1020 НИИ «Полюс»;
- волновод 12 - например, для микроволнового диапазона длин волн - прямоугольный волновод на частоте генераций излучателя микроволнового диапазона 2450 МГц - RWT 430 фирмы «Cobham»;
- волновод 12 - например, для терагерцового диапазона длин волн - полый диэлектрический лучевод фирмы ООО «ЦКП Терагерцевая Квазиоптика»;
- волновод 12 - например, для оптического диапазона длин волн - волоконно-оптические кабели - эталонные шнуры или кабели ТЕЛЕКОМ-ТЕСТ фирмы ООО «Производственно-торговая компания СОКОЛ»;
- аппликатор 13 - например, для микроволнового диапазона длин волн, применяются: открытый конец волновода, спиральная антенна, конусная антенна, рупорная антенна, но не ограниченный данным списком;
- аппликатор 13 - например, для терагерцового диапазона длин волн, может быть использован открытый конец лучевода, а для оптического диапазона длин волн может быть применен открытый конец волоконно-оптического кабеля.
В качестве источника питания, не указанного на чертеже, может быть применен дизель-генератор АД-20 ООО «Компания Дизель».
По сравнению с прототипом-снеготаялкой, использующей источник воды в качестве источника тепла для таяния снега, предложенная снеготаялка, основанная на тепловом нагреве, получаемом в результате воздействия излучения микроволнового и/или терагерцового, и/или оптического диапазона длин волн, не требует применения источника воды, требующейся в больших количествах для таяния снега, что приводило к усложнению и удорожанию снеготаялки, а также снижению ее эффективности.
3
3
Испытания опытного устройства - снеготаялки были выполнены с использованием генератора, волновода и аппликатора микроволнового диапазона длин волн в лабораториях Научно-исследовательского центра Прикладной электродинамики (НИЦ ПРЭ) Казанского государственного технического университета им. А.Н.Туполева и показали, что использование снеготаялки позволило достичь повышения эффективности работы. Опытное устройство - снеготаялка объемом рабочей камеры 2 м - при мощности потребления 36 кВт позволило достичь показателя производительности таяния - 3,5…4 м снега в час.
Повышение эффективности и упрощение конструкции предлагаемой снеготаялки по сравнению с прототипом достигается за счет отсутствия потребности в водонагревателе, который используется в качестве источника тепла, а также за счет отсутствия потребности в большом количестве подводимой подогретой воды, используемой для таяния снега.
Таким образом, заявленная снеготаялка позволяет говорить о решении поставленной технической задачи - повышении эффективности работы, упрощении и удешевлении конструкции.