Устройство для предотвращения образования наледи и сосулек на водостоках зданий и иных сооружений и способ для его установки
DEVICE FOR PREVENTION OF ICE AND ICICLES FORMATION ON WATER DRAINS OF BUILDINGS AND OTHER FACILITIES AND METHOD FOR ITS INSTALLATION

Изобретение относится к области коммунального хозяйства, в частности, предназначено для предотвращения образования наледи в водостоках зданий и других сооружений, возникающих в зимний и весенний периоды. Из известных современных и эффективных устройств, предотвращающих образование наледи в водостоках гражданских и промышленных сооружений, являются приборы и устройства, основанные на использовании электрического подогрева с помощью петлевых кабелей различной конфигурации, укрепляемых на карнизах и в водостоках и включаемых в момент выпадения переохлажденных атмосферных осадков.
Аналогом предлагаемого изобретения являются применяемые в настоящее время «тепловые петли», представляющие собой специальные электрические кабели, размещаемые в водостоках и подключаемые к электрической сети. При включении «тепловой петли» при сильных переохлажденных осадках в водостоках на внутренних стенках по-прежнему образуется наледь, но в ледяном образовании водостока образуется канал, по которому стекает растапливаемая вода из воронки. Однако основная масса ледяного образования сохраняется на стенках и нагружает водосток, что может привести к его обрыву, поскольку вес ледяного образования в стандартном (диаметр 200 мм) водостоке 5-этажного здания достигает 500 кг. Ко всему прочему, монтаж электрического кабеля в водостоке, в особенности имеющем изогнутые коленья, - достаточно трудоемкая операция, и сам кабель, в особенности в нижней части, не защищен от вандалов.
Прототипом устройства, предназначенного для предотвращения образования наледи в водостоке является устройство на основе использования микроволнового излучения, описанное в патентах №№2459055, 2513921 2493339. Микроволновое излучение, вырабатываемое бытовым магнетроном, используемым в микроволновых бытовых печах, закачивается в водосток, запертый с двух сторон металлическими сетками, которые удерживают его внутри водостока. При этом, за счет поглощения высокочастотного излучения внутренними стенками водостока и стекающей по водостоку водой, оно переходит в тепловую энергию. И таким образом, в водостоке поддерживается повышенная температура, не допускающая образования ледяной корки на внутренней поверхности водостока. Техническое решение, описанное в указанных выше изобретениях, реализовано в устройстве для предотвращения образования наледи в водостоках, размещаемого в воронке водостока. Однако серьезной проблемой использования такой конструкции является монтаж и демонтаж прибора на водостоке, при необходимости ремонта прибора. Выемка прибора из воронки водосточной трубы производится с крыши здания или промышленного сооружения и требует привлечения рабочего, имеющего допуск к верхолазным работам, что значительно усложняет и удорожает этот процесс и делает его опасным для жизни работника.
Кроме того, верхняя защитная сетка при листопаде забивается листьями до состояния практически полной непроницаемости в первый - же год эксплуатации системы осенью, а во время ливней вода будет переливаться через воронку водостока и портить фасад дома. По этой причине при использовании верхнего расположения устройства для предотвращения образования наледи и сосулек приходится периодически снимать устройство весной, чистить его и осенью после листопада устанавливать снова.
К тому же система охлаждения магнетрона, находящаяся в самом водостоке, по которому стекает ливневая вода, засасывает воздух с мелкими капельками талой воды. В таких условиях эксплуатации снижается живучесть электронных узлов антиобледенителя или требует выполнять прибор в тропическом исполнении, что неприемлемо для массовой бытовой аппаратуры.
Предлагаемое изобретение сконструировано с учетом расширения технико-экономических показателей существующего прототипа и направлено на упрощение процесса установки и разборки и делает это изобретение более прогрессивным и экономичным, а производственный процесс установки и разборки более безопасным для жизни обслуживающего персонала, что крайне важно в условиях высоты и плохих погодных условиях. Вынос антиобледенителя на боковую сторону водостока облегчает его защиту от влияния внешней среды.
Сущность предлагаемого изобретения для предотвращения образования наледи в водостоке здания или другого сооружения и способ для его установки состоит в том, что устройство размещается на боковой стороне водостока на нижних этажах с расчетом обеспечения недоступности для вандалов, но на высоте, обеспечивающей подход с помощью средств, доступных для любого коммунального хозяйства. Электронный блок СВЧ-излучения, который выполнен съемным, на каркасе с перегородками, содержит: вентилятор, силовой трансформатор (или инверторный блок, высоковольтный конденсатор, диодный выпрямительный мост, магнетрон с датчиком температуры, сетевой противопомеховый фильтр, сетевой шнур электропитания, а также опору с квадратным окном, изолирующую вставку. Предлагаемый одновременно способ установки устройства для предотвращения образования наледи в водостоке здания или другого сооружения решает проблему защиты водостоков комплексно и включает в себя следующие действия: выбор места установки антиобледенителя на водостоке, фиксацию на поверхности водостока временного шаблона, вскрытие бокового отверстия на водостоке, установку антиобледенителя с совмещением его опоры с квадратным окном водостока, фиксацию антиобледенителя на водостоке таким образом, чтобы выход резонатора антенны магнетрона был совмещен с квадратным окном в водостоке, а выходные отверстия для выхода нагретого электронным блоком СВЧ воздуха были открыты и направлены внутрь водостока. При этом подошва антиобледенителя должна плотно примыкать к поверхности водостока по контуру квадратного отверстия и удерживать антиобледенитель на поверхности водостока за счет притяжения магнитной прокладки к поверхности водостока.
Предлагаемый способ установки устройства на водосток для предотвращения образования наледи также прост и эффективен, как и все устройство в целом, и направлен для защиты жизни работающих на кровле здания людей, или другого промышленного сооружения, обслуживающих процесс предотвращения наледи в водостоках.
На фиг. 1 показано устройство для предотвращения образования наледи в водостоке здания или другого сооружения, где приняты следующие обозначения:
1. Водосток.
2. Воронка водосточной трубы.
3. Водовод.
4. Приемный бак.
5. Антиобледенитель.
6. Квадратное окно.
7. Вентилятор.
8. Магнетрон.
9. Радиатор магнетрона.
10. Резонатор.
11. Каркас.
12. Термореле.
13. СВЧ прозрачный экран.
14. Подогревающий резистор.
15. Высоковольтный источник питания.
16. Силовой трансформатор.
17. Высоковольтный конденсатор.
18. Диодный выпрямительный мост.
19. Электронный блок управления.
20. Защитная металлическая сетка.
21. Магнитное кольцо.
22. Отверстия.
23. Защитный кожух.
24. Тахометрический датчик.
25. Сетевой противопомеховый фильтр.
26. Розетка.
27. Сетевой шнур электропитания.
28. Силовой ключ.
29. Датчик наружной температуры.
30. Светодиоды.
31. Датчик влажности.
32. Датчик обледенения.
33. Хомут.
34. Канализационный люк.
35. Магнитная эластичная прокладка.
36. Тяговые заклепки.
37. Понижающий трансформатор.
На фиг. 1 показано размещение антиобледенительного устройства 5 на водостоке 1, выход водостока через водовод 3 соединен с канализационным люком 34.
На фиг. 2 показано размещение антиобледенительного устройства 5 на водостоке 1, при этом нижнее звено водостока опущено в приемный бак 4, наполняемый водой, поглощающей избыточное СВЧ-излучение.
На фиг. 3 показаны водосток 1 и схема антиобледенительного устройства 5, размещенного на водостоке, где сверху вниз: воронка водосточной трубы 2, защитная сетка 20 с магнитным кольцом 21, выполненным их эластичной магнитной резины или пластмассы, прилегающей к конической поверхности воронки 2.
На нижнем конце водостока 1 установлена защитная металлическая сетка 20, закрепленная хомутом 33. Между водостоком 1 и антиобледенительным устройством 5 установлены эластичные магнитные прокладки 35, удерживающие антиобледенительное устройство на поверхности водостока 1 в момент его установки на водосток, за счет магнитного притяжения. Антиобледенительное устройство 5 окончательно фиксируется на водостоке 1 с помощью тяговых заклепок 36 и страховочного хомута 33.
Также на фиг.3 показано расположение элементов в антиобледенительном устройстве 5, где сверху вниз расположены: вентилятор 7, магнетрон 8, радиатор магнетрона 9, термореле 12, укрепленные на каркасе 11, СВЧ прозрачный экран 13, резонатор 10. Квадратное окно 6 выполнено в водостоке 1 для выхода СВЧ-излучения и подогретого воздуха через отверстия 22, расположенные в защитном СВЧ экране 13.
На фиг. 4 изображена более подробная схема расположения элементов в блоке антиобледенителя 5, где на каркасе 11 смонтированы: вентилятор 7, тахометрический датчик 24, магнетрон 8 с термореле 12 и резонатор 10. Далее, выделен источник высоковольтного напряжения 15 (или инверторный блок) для питания магнетрона, куда входят следующие компоненты: силовой трансформатор 16, высоковольтный конденсатор 17, диодный выпрямительный мост 18, ниже по схеме: электронный блок управления 19, силовой ключ 28, понижающий маломощный трансформатор 37 для питания электронного управляющего блока 19, датчиков 29, 31, 32 и светодиодов 30, сетевой противопомеховый фильтр 25. На каркас 6 устанавливаются легкосъемный защитный кожух 23, снизу выведен сетевой шнур электропитания 27.
На защитном кожухе 23 установлены датчики наружной температуры 29, датчик влажности 31, датчик обледенения 32 и индикаторные светодиоды 30.
Конструктивно каркас 11 и защитный кожух 23 выполнены так, что образуют каналы для движения воздушного потока, создаваемого вентилятором 7. Воздух проходит через радиатор магнетрона 9, силовой трансформатор 16 (или инверторный блок) и силовой ключ 28, а выделяемое ими тепло сбрасывается в водосток 1 через отверстия 22 (тем самым повышается коэффициент полезного действия электронного блока СВЧ 5). Кожух 23 защищает электронику блока СВЧ 5 и блок электронного управления 19 от непосредственного воздействия атмосферных осадков в виде дождя и снега.
Способ установки устройства для предотвращения образования наледи в водостоке здания или другого сооружения включает в себя следующие действия:
- выбор места установки антиобледенителя 5 на водостоке 1,
- фиксацию на поверхности водостока временного шаблона,
- вскрытие бокового квадратного отверстия 6 на водостоке 1,
- установку антиобледенителя на водосток 1 с совмещением его опоры с квадратным окном водостока 6,
- фиксацию антиобледенителя 5 в заданном положении таким образом, чтобы выход резонатора 10 магнетрона 8 был направлен в водосток 1, а выходные отверстия для воздуха нагретого воздуха 22 были открыты внутрь водостока 1. При этом подошва антиобледенителя 5 должна плотно примыкать к контуру квадратного отверстия водостока 6, а антиобледенитель должен удерживаться на поверхности водостока 1 с помощью магнитных эластичных прокладок 35, расположенных по посадочному контуру антиобледенителя 5 до полного монтажа антиобледенителя 5,
- далее антиобледенитель 5 окончательно фиксируется на боковой стороне водостока 1 тяговыми заклепками 36 и страховочным хомутом 33, охватывающим водосток 1 и антиобледенитель 5,
- антиобледенитель с помощью сетевого шнура электропитания 27 подключается к щитку электропитания здания, расположенного в выбранном месте, с учетом его защиты от воздействий атмосферных осадков. Включение антиобледенителя 5 происходит автоматически электронным блоком управления 19 при достижении заданных атмосферных условий.
При необходимости ремонта или замены устройства разборка производится в обратном порядке и сводится к простым операциям.
Как видно из описания способа, удаление и замена антиобледенителя 5 упрощена до предела.
Антиобледенительное устройство 5 на основе блока СВЧ-излучения работает следующим образом: подключенное к электрической сети антиобледенительное устройство 5 находится в режиме ожидания. Питающее напряжение от внешней сети, через сетевой противопомеховый фильтр 25, поступает в электронный блок управления 19. Когда погодные условия, фиксируемые датчиками наружной температуры 29, датчиком влажности 31 и датчиком обледенения 32, выдадут сигнал на включение антиобледенителя, сразу же питающее напряжение через силовой ключ 28 поступит на высоковольтный источник питания 15 магнетрона 8 и одновременно включится в работу и вентилятор 7. СВЧ-излучение, вырабатываемое магнетроном 8, через резонатор 10 поступает через СВЧ прозрачный экран 13 в водосток 1, туда же начинает поступать через отверстия 22 подогретый в электронном блоке воздух. В результате одновременного воздействия СВЧ-излучения магнетрона 8 и подогретого воздуха в водостоке повышается температура, что предотвращает образование наледи на ее стенках, а в случае если наледь уже возникла ранее, она будет постепенно растапливаться.
Подогревающий резистор 14 малой мощности подключен постоянно и поддерживает небольшой положительный перепад температуры внутри антиобледенителя по сравнению с наружным воздухом, что смещает точку росы внутри прибора и ослабляет воздействие влаги на компоненты прибора.
Все датчики антиобледенителя: наружной температуры 29, датчик влажности 31, датчик обледенения 32, подключены к электронному блоку управления 19, работающему по заданной программе и вырабатывающему управляющий сигнал на включение антиобледенителя в работу по совпадению атмосферных условий, приводящих к образованию наледи и сосулек.
Для защиты от выхода из строя самого нагруженного устройства антиобледенителя - высоковольтного источника питания 15 за счет перегрева, кроме датчика температуры 12, в случае отказа вентилятора 7 введен также тахометрический датчик 24, сигналы которого позволяют отключить антиобледенитель при отказе охлаждающего вентилятора 7. Тахометрический датчик 24 подключен к электронному блоку управления 19.
Рабочее состояние антиобледенителя может контролироваться сотрудником ЖСК по состоянию индикаторных светодиодов 30, расположенных на наружной поверхности защитного кожуха 23.
Датчик обледенения 32 введен для повышения скорости реакции антиобледенителя и его немедленного включения в работу, при резком изменении атмосферных условий: например, интенсивный снегопад с быстрым переходом наружных температур воздуха от положительных значений на отрицательные.
Водосток, при необходимости снижения потерь электромагнитного излучения, в верхней части воронки водостока 2 (при малой длине водостока) может оснащаться металлической защитной сеткой, состоящей из рамки, обрамленной упругой изолирующей обечайкой, выполненной из магнитной резины или пластмассы, устанавливаемой в воронке водостока и прижимаемой к конической поверхности воронки за счет магнитных сил.
Устройство для предотвращения наледи и способ его установки произведены в единичных экземплярах, установлены на жилых зданиях города, испытаны в условиях петербургской зимы и показали свою эффективность при опытной эксплуатации.
Предлагаемое устройство может быть изготовлено на любом предприятии, имеющем опыт производства электронного оборудования, и предназначено для закупки и эксплуатации коммунальными службами, которые смогут его эффективно эксплуатировать, приняв за основу предлагаемый способ монтажа.