СВЧ-УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ КРОВЛИ ОТ НАЛЕДЕЙ И СОСУЛЕК
MICROWAVE DEVICE FOR PROTECTION OF ROOF OF ICE CRUSTS AND ICICLES

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами в технических системах, строительном производстве и коммунальном хозяйстве.
Известно устройство защиты кровли от наледи и сосулек, включающее в себя магистраль подвода теплоносителя, образующую замкнутый контур, испаритель и теплоноситель, при этом магистраль подвода теплоносителя состоит из подающего газопровода, газопровода конденсации, конденсатопровода, причем соединение испарителя с газопроводом и конденсатопроводом выполнено с возможностью испаренного в испарителе теплоносителя по подающему газопроводу попадать в газопровод конденсации, который выполнен с возможностью теплообмена с элементами кровли или элементами системы водостока, в котором теплоноситель конденсируется, и по конденсатопроводу в жидкой фазе попадать в испаритель, испаритель размещен в тепловом потоке, а устройство герметично и выполнено с возможностью установки приборов или систем контроля параметров теплоносителя. В этом устройстве (см. RU 2463415 C2, 10.10.2012) на основе использования свойств подогрева, конденсации и испарения обеспечивается защита кровли от наледи и сосулек. Недостатком этого известного устройства является конструктивная сложность, связанная с организацией магистрали подвода теплоносителя.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятое автором за прототип устройство для предотвращения образования наледи и сосулек (см. RU 2459055 C2, 20.08.2012).
Одна из двух модификаций этого устройства - антиобледенитель на основе СВЧ-излучения включает в себя СВЧ-излучатель, кронштейны, край кровли, горловину водостока, электронный блок управления с микрочипом, датчики температуры и влажности, дистанционный выключатель и кабель электропитания. Данный антиобледенитель расположен над водостоком на крыше, представленном как круглый волновод, запертый на нижнем конце водостока защитной сеткой. Здесь для подогрева водостока с помощью СВЧ-излучения оператор дистанционно по сигналам, поступившим с датчиков температуры и влажности, включает антиобледенитель, который далее поддерживает рабочий режим в водостоке по предотвращению образования в нем наледи и сосулек.
Недостатком этого антиобледенителя можно считать неэкономичность использования СВЧ-мощности при подогреве рабочей зоны в водостоке из-за необходимости расположения СВЧ-излучателя в открытой горловине водостока.
Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение эффективности удаления наледей и сосулек и уменьшение потери СВЧ-мощности при подогреве края кровли.
Технический результат достигается тем, что в СВЧ-устройство для защиты кровли от наледей и сосулек, содержащее СВЧ-генератор, СВЧ-излучатель и блок питания, введены СВЧ-вентиль и термический блок, СВЧ-излучатель выполнен в виде прямоугольного волновода с одной открытой широкой стенкой, закрепленного на крае кровли, причем выход СВЧ-генератора соединен с входом вентиля, выход вентиля подключен к входу прямоугольного волновода, выход прямоугольного волновода соединен с входом термического блока, выход термического блока подключен к входу блока питания, выход которого соединен с входом СВЧ-генератора.
Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что внутренний подогрев края кровли СВЧ-мощностью, через контактирующий с нижним краем кровли прямоугольный волновод с одной открытой широкой стенкой, дает возможность предотвратить образования наледи и сосульки на крае кровли.
Наличие в заявляемом устройстве совокупности перечисленных существующих признаков, позволяет решить задачу предотвращения образования наледи и сосулек на краю кровли путем подогрева края кровли СВЧ-мощностью через открытую широкую стенку прямоугольного волновода, закрепленного открытой широкой стенкой на край кровли с желаемым техническим результатом, т.е. повышением эффективности удаления наледей и сосулек и уменьшением потери СВЧ-мощности.
На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.
Данное устройство содержит блок питания 1, СВЧ-генератор 2, СВЧ-вентиль 3, соединенный выходом с входом прямоугольного волновода 4, и термический блок 5.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. СВЧ-мощность (сверхвысокочастотные колебания) с выхода СВЧ-генератора 2 поступает на вход вентиля 3. Сверхвысокочастотный сигнал (мощность) с выхода последнего далее поступает в СВЧ-излучатель 4, выполненный в виде прямоугольного волновода с открытой широкой стенкой (у волновода открыта только одна стенка). Согласно предлагаемому техническому решению прямоугольный волновод с открытой широкой стенкой закрепляется на край металлической кровли (внутренняя сторона края кровли) против поверхности края кровли (верхняя сторона края кровли), где могут образоваться наледи и сосульки. В этом случае при поступлении в волновод определенной величины мощности край кровли будет подогреваться СВЧ-мощностью, подводимой к волноводу. В итоге, волновод, закрепленный на внутренней стороне края металлической кровли, нагревая, сам создаст тепловую зону по длине и ширине волновода на краю кровли, где могут быть предотвращены образования наледей и сосулек на наружном краю кровли. Другими словами, волновод с краем кровли в зависимости от температуры атмосферного воздуха и наличия массы на кровле снежного покрова можно подогреть (внутренний подогрев) так, чтобы в зоне действия подводимой к волноводу СВЧ-мощности обеспечить таяние снега, наледи и сосулек на краю металлической кровли.
Для эффективной работы СВЧ-генератора в данном устройстве предусмотрена развязка отраженной от полости волновода волны (узкой стенки волновода) в сторону генератора посредством волноводного вентиля. Благодаря последнему указанная отраженная волна не может распространяться обратно в сторону генератора, т.е. волноводный вентиль будет пропускать электромагнитную волну только в сторону прямоугольного волновода.
В данном техническом решении для обеспечения термостатировния (поддерживание постоянной температуры) подогреваемой зоны края кровли (рабочей зоны подогретого волновода) используется термический блок 5, содержащий реле с нормально замкнутыми и разомкнутыми контактами и ртутный термометр с встроенными контактами (контактный термометр). Назначением данного термического блока является измерение температуры (контактным термометром) в полости прямоугольного волновода и включение и отключение блока питания 1 от сети, питающего СВЧ-генератор. Чувствительный элемент контактного термометра через отверстие помещается в волновод.
Для измерения температуры и ее автоматического регулирования контакты термометра предварительно устанавливают на делении его шкалы, совпадающем с требуемой температурой. По принципу действия этого термометра, при отсутствии нужной температуры в полости волновода, необходимой для таяния наледи и сосулек на краю кровли, контакты термометра размыкаются. При такой низкой температуре блок питания через нормально замкнутые контакты реле включается в сеть, т.е. обеспечивается питание СВЧ-генератора. Далее по мере нагрева края кровли СВЧ-мощностью высота столбика ртути в термометре увеличивается. Когда температура достигает требуемого значения, ртуть замыкает контакты термометра (замыкаются контакты). При этом замыкается цепь постоянного тока, питающего реле. Срабатывание реле приводит к замыканию нормально разомкнутых его контактов (размыканию нормально замкнутых его контактов). Тем самым отключается блок питания от сети, т.е. подогрев края кровли прекращается. Если температура от заданного значения снижается, контакты термометра размыкаются, реле выключается, вновь замыкаются нормально замкнутые контакты реле и подогреватель (СВЧ-генератор) включается. Следовательно, при таком нагреве осуществляется автоматическое регулирование температуры в зоне действия прямоугольно волновода.
Цепи питания блока питания и реле могут быть запитаны через понижающий трансформатор с выпрямлением от сети переменного тока напряжением 220 В.
В летнее время сезона и в период отсутствия в зимнее время наледей и сосулек на кровли крыши, а также снежного покрова на кровли крыши, блок питания и реле должны иметь возможность на дистанционное обесточивание от сети переменного тока с помощью инфракрасного пульта управления.
Таким образом, на основе данного технического решения, использующего подогрев края кровли с помощью прямоугольного волновода с одной открытой широкой стенкой, можно обеспечить уменьшение потери СВЧ-мощности и повышение эффективности удаления наледей и сосулек.
Предлагаемое устройство успешно может быть применено для автоматической уборки наледей и сосулек с крыш жилых и административных зданий.