УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ИСКУССТВЕННОГО СНЕГА
ARTIFICIAL SNOW GENERATION DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к устройству для производства искусственного снега.
Уровень техники
Устройства для производства искусственного снега уже известны; в этих устройствах используются вода и сжатый воздух, с помощью которого вода распыляется в сжатом газе и распыленная вода замораживается за счет эффекта охлаждения, возникающего при расширении воздуха.
В известных на сегодняшний день устройствах для подачи сжатого воздуха используется компрессор.
Известно, что сжатый газ, который обычно состоит из воздуха, может иметь очень высокую температуру на выходе этого компрессора и может, кроме того, иметь высокое содержание влаги.
Известные устройства могут также включать в себя один или большее число вторичных охладителей для охлаждения сжатого воздуха, служащих для того, чтобы влага в сжатом воздухе конденсировалась в результате охлаждения и могла отделяться в виде конденсата с помощью водоотделителя или аналогичного ему устройства.
Эти вторичные охладители обычно конструируются в виде воздухо-воздушных рекуперативных теплообменников, в которых поступающий на вход нагретый сжатый воздух охлаждается сжатым воздухом, который был уже охлажден.
Известные устройства устанавливаются в здании, имеющем значительные размеры, в котором размещается компрессор, и с помощью которого компрессор соединяется с наружным воздухом для подачи воздуха, подлежащего компрессии, в то время как выход компрессорной установки соединен со снеговой пушкой (снегогенератором) для подачи сжатого воздуха.
Трубопроводы, используемые для реализации вышеупомянутых соединений, подбираются по размерам с тем, чтобы рассеивать тепло от сжатого воздуха в окружающее пространство в вышеупомянутом здании и для использования этого тепла для подогрева засасываемого холодного воздуха.
Недостаток такой установки заключается в том, что она имеет значительные размеры и не обладает мобильностью.
Другим недостатком является то, что температуру сжатого газа на входе снеговой пушки трудно регулировать.
Связанный с этим недостаток заключается в том, что качество вырабатываемого снега зависит от погодных условий, так что такое устройство имеет относительно низкую надежность.
Известны также усовершенствованные установки, в которых имеется дополнительный теплообменник, установленный после вторичного охладителя с целью регулирования температуры сжатого воздуха на выходе.
Их недостаток заключается в том, что такое устройство позволяет осуществлять только первичное регулирование температуры, так что невозможно во всех возможных условиях обеспечить высокое качество образующегося снега.
Еще одним недостатком является то, что этот теплообменник не может предотвратить конденсацию влаги во вторичном охладителе и замерзание ее во вторичном охладителе.
Еще одним дополнительным недостатком является то, что известные устройства потребляют много электроэнергии.
Раскрытие изобретения
Цель настоящего изобретения - предложить техническое решение, позволяющее устранить вышеупомянутые и/или другие недостатки существующих систем путем разработки устройства для производства искусственного снега с помощью снеговой пушки, в которой вода распыляется сжатым воздухом, причем устройство оборудовано компрессором для подачи сжатого воздуха, и этот компрессор размещен в компрессорной зоне, имеющей входное отверстие для подачи воздуха из окружающей среды и выходное отверстие для подачи сжатого воздуха к снеговой пушке с помощью трубопровода, причем, согласно особой характеристике данного изобретения, вышеупомянутое устройство включает в себя теплообменник, имеющий первичный контур и вторичный контур, с помощью которых сжатый воздух из компрессора направляется через первичный контур, а вышеупомянутый вторичный контур составляет часть испарителя замкнутого контура охлаждения, в котором хладагент циркулирует с помощью компрессорного элемента, приводимого в движение с помощью привода, причем вышеупомянутое устройство включает в себя контроллер для управления вышеупомянутым контуром циркуляции хладагента для того, чтобы получить желаемую температуру или давление точки росы на выходе из первичного участка теплообменника.
Преимуществом изобретения является то, что температура сжатого воздуха на выходе из первичного контура теплообменника может быть полностью регулируемой, так что изготавливаемый снег всегда имеет очень хорошее качество, и качество снега не зависит от погодных условий.
Данное изобретение позволяет осуществлять точное регулирование контура циркуляции хладагента, так что достигается желаемая температура и/или желаемое давление точки росы сжатого воздуха.
Другим преимуществом этого изобретения является то, что данное устройство относительно более компактно по сравнению с известными устройствами.
Связанное с этим преимущество заключается в том, что такое устройство является более дешевым, не только с точки зрения стоимости монтажа, но и в отношении потребляемой им электроэнергии.
В наиболее предпочтительном с практической точки зрения варианте осуществления данного изобретения устройство может быть установлено в контейнере, и таким образом оно может изготавливаться в виде мобильного устройства.
Преимущество этого заключается в том, что контейнер можно легко транспортировать, так что устройство может подавать сжатый воздух для производства снега в различных местах, и соответственно не требуется наличия системы относительно больших разветвленных трубопроводов для соединения различных снеговых пушек с одним централизованным устройством, служащим для подачи сжатого воздуха.
В практическом варианте осуществления данного изобретения охлаждающий контур содержит второй теплообменник, который образует конденсатор охлаждающего контура и который расположен вниз по потоку от элемента компрессора и вверх по потоку от расширителя, имеющегося в охлаждающем контуре.
В наиболее предпочтительном с практической точки зрения варианте осуществления данного изобретения хладагент, протекающий через этот второй теплообменник, охлаждается при помощи вентилятора. Предпочтительно, чтобы вышеупомянутый вентилятор был установлен таким образом, чтобы он продувал воздух через второй теплообменник вплоть до компрессорной зоны.
Дополнительным преимуществом этого технического решения является то, что вентилятор распределяет теплый воздух в компрессорной зоне, так что температура в компрессорной зоне поддерживается на уровне выше 0°, что позволяет исключить замерзание, причем повреждение, вызванное замерзанием, может быть благодаря этому полностью исключено.
Дополнительным преимуществом является то, что нет необходимости в использовании чрезмерно больших трубопроводов между выходом первичного участка теплообменника и входом снеговой пушки.
Предпочтительно, чтобы температура сжатого воздуха на выходе первичного контура теплообменника была меньше 8°С и желательно - около 3°С.
Преимуществом является то, что в этом температурном диапазоне можно получать снег высокого качества и общее время производства снега при этом снижается.
Предпочтительно, чтобы сжатый воздух на выходе из первичного контура теплообменника подавался с давлением 8 бар или около 8 бар.
Предпочтительно, чтобы сжатие воздуха осуществлялось с помощью компрессора, в котором не используется масло, такого как винтовой компрессор с впрыском воды.
Преимущество такого решения заключается в том, что сжатый воздух не может быть загрязнен частичками масла, так что этот сжатый воздух нет необходимости пропускать через один или несколько фильтров, и это, безусловно, сказывается положительно на общей стоимости и габаритных размерах устройства.
Благодаря применению компрессора с впрыском воды можно полностью избежать риска загрязнения самого воздуха.
Осуществление изобретения
С целью более наглядной демонстрации характеристик данного изобретения предпочтительный вариант его осуществления описывается далее, без ограничения его рамок, на основе примера устройства в соответствии с данным изобретением со ссылками на приложенный чертеж, на котором показано устройство для производства искусственного снега, соответствующее данному изобретению.
Устройство 1 для производства искусственного снега состоит в первую очередь из компрессорной зоны 2, имеющей корпус 3, который имеет входное отверстие 4 для подачи воздуха из окружающей среды и выходное отверстие 5 для отведения сжатого газа, такого как воздух.
В практическом варианте осуществления данного изобретения корпус 3 образован контейнером, который может быть мобильным или выполненным в виде здания или аналогичного сооружения.
Размеры корпуса 3 могут быть, например, ограничены в плане величиной 6 м на 6 м, в отличие от существующих устройств, размещаемых в здании, размеры которых составляют десятки метров в длину и ширину.
В стене корпуса 3 имеется защитная решетка, которая образует входное отверстие 4, через которое окружающий воздух засасывается в направлении, показанном стрелкой L. В корпусе 3 имеется вышеупомянутое выходное отверстие 5, через которое сжатый воздух может подаваться по трубопроводу 7 к снеговой пушке 6.
Снеговая пушка 6 имеет также подающий трубопровод 8 для воды, так что вода распыляется сжатым воздухом широко известным способом на выходе из снеговой пушки 6, в результате чего образуются снежные кристаллы, которые выбрасываются из сопла снеговой пушки 6.
Для производства сжатого воздуха имеется компрессор 9 с компрессорной зоной 2, имеющей входное отверстие для засасывания воздуха и выходное отверстие 11 для отвода сжатого воздуха.
Вышеупомянутый компрессор 9 приводится в движение известным образом посредством привода 10, который может представлять собой, но не обязательно, электродвигатель.
Вышеупомянутый компрессор 9 может состоять из одного компрессорного элемента, как показано на чертеже, но может также представлять собой многоступенчатый компрессор, в котором воздух сжимается целым рядом последовательно расположенных компрессорных элементов.
В конкретном варианте осуществления данного изобретения компрессор 9 содержит только компрессорные элементы с впрыском воды, причем между последовательными ступенями нагнетания могут располагаться вторичные охладители. Безусловно, данное изобретение не ограничено только такой схемой, поскольку может применяться другой тип компрессора без использования масла, либо компрессор с впрыском масла, снабженный соответствующей системой фильтрации.
В предпочтительном варианте осуществления данного изобретения компрессор 9 настраивается на максимальное рабочее давление в диапазоне между 8 бар и 9 бар, и предпочтительно, чтобы максимальное рабочее давление составляло 8,5 бар или было близким к 8,5 бар.
Согласно данному изобретению в компрессорной зоне 2 установлен теплообменник 12, предназначенный для охлаждения сжатого воздуха и имеющий первичный контур и вторичный контур, причем входное отверстие 13 первичного контура теплообменника соединяется с выходным отверстием 11 компрессора 9.
Предпочтительно, чтобы теплообменник 12 имел такую конструкцию, чтобы перепад давления сжатого воздуха, проходящего через первичный контур, был меньше чем 0,2 бар, а лучше - менее 0,1 бар и предпочтительно - даже менее 0,05 бар.
Известно, что в результате снижения температуры влага, содержащаяся в сжатом воздухе, будет конденсироваться.
Предпочтительно, чтобы на выходе 14 из первичного контура теплообменника 12 был установлен влагоотделитель 15, который может удалять сконденсировавшуюся воду.
Согласно данному изобретению вторичный контур вышеупомянутого теплообменника 12 образует испаритель 16 замкнутого контура охлаждения 17, который заполнен хладагентом или охлаждающей жидкостью.
Как известно, хладагент циркулирует с помощью компрессорного элемента 18 в контуре охлаждения 17, и этот компрессорный элемент приводится в движение приводом 19.
Кроме того, в замкнутом контуре охлаждения 17 между выходом компрессорного элемента 18 и вторичным контуром теплообменника 12 расположены последовательно конденсатор 20 и расширитель, например в виде расширительного клапана 21.
В практическом варианте осуществления данного изобретения вышеупомянутый конденсатор 20 образован вторым теплообменником, и этот второй теплообменник охлаждается с помощью вентилятора 22, который продувает воздух через конденсатор 20, и этот воздух затем вдувается в компрессорную зону 2.
В наиболее предпочтительном с практической точки зрения варианте осуществления данного изобретения скорость вращения вышеупомянутого вентилятора 22 может регулироваться для регулирования температуры хладагента на выходе из конденсатора 20. С этой целью вышеупомянутый вентилятор может, например, приводиться в движение электродвигателем с регулированием частоты вращения, который соединен с блоком управления, к которому также присоединяются средства измерения для измерения вышеупомянутой температуры на выходе конденсатора, например, в виде датчика температуры, установленного на участке трубопровода между расширительным клапаном 21 и конденсатором 20.
В практическом варианте осуществления данного изобретения расширительный клапан 21 может быть выполнен в виде термостатического или электронного клапана, и этот клапан 21 соединяется с датчиком температуры 23, который расположен у выходного отверстия 14 первичного контура.
Согласно данному изобретению устройство оборудовано контроллером 24 для регулирования потока хладагента, и вышеупомянутый контроллер 24 обеспечивает поддержание желаемой температуры или давления точки росы на выходе 14 первичного контура теплообменника 12.
Контроллер 24 может, таким образом, регулировать скорость вращения привода 19, причем привод может быть выполнен, например, в виде электродвигателя с частотным регулированием скорости вращения.
Контроллер 24 может также использоваться для управления двигателем вентилятора 22 и/или для регулирования расширительного клапана 21, а возможно и для управления приводом 10 компрессора 9.
Очевидно, что для регулирования температуры или давления точки росы одной из возможностей является регулирование привода 10 компрессора 9, но возможны и другие способы регулирования.
Предпочтительно, чтобы между выходным отверстием 11 компрессора 9 и входным отверстием 13 первичного контура теплообменника 12 был установлен вторичный охладитель 25 и второй водоотделитель 26.
Способ производства искусственного снега посредством устройства 1, согласно данному изобретению, очень прост и заключается в следующем.
Газ, такой как воздух, засасывается в компрессорную зону 2 и сжимается компрессором 9. Горячий сжатый воздух сначала пропускается через вторичный охладитель 25 и второй водоотделитель 26, после чего этот уже частично охлажденный газ направляется через первичный контур теплообменника 12, так чтобы сжатый воздух на выходе 14 из первичного контура имел бы даже более низкую температуру.
Конденсат, образующийся во вторичном охладителе 25 и теплообменнике 12, отделяется в соответствующих влагоотделителях 26 и 15, и затем охлажденный обезвоженный воздух подается к снеговой пушке 6 с помощью трубопровода 7. В снеговой пушке 6 вода будет распыляться охлажденным сжатым воздухом, так что образуются снежные кристаллы.
Охлаждение сжатого воздуха в первичном контуре теплообменника 12 осуществляется за счет пропускания хладагента через вторичный контур теплообменника 12. Предпочтительно, чтобы этот хладагент протекал в направлении, противоположном потоку воздуха, который протекает через первичный контур этого теплообменника.
Проходя через вторичный контур теплообменника, вышеупомянутый хладагент нагревается и затем охлаждается конденсатором 20, который в этом случае располагается сразу же вниз по потоку от компрессорного элемента 18 в охлаждающем контуре 17.
Температура хладагента будет затем понижаться за счет его протекания через вышеупомянутый конденсатор 20, поскольку вентилятор 22 продувает воздух через этот конденсатор 20.
Воздух, продуваемый через конденсатор 20 с помощью вентилятора 22, нагревается.
Поскольку этот нагретый воздух распределяется по всей компрессорной зоне 2, температура в компрессорной зоне 2 будет всегда оставаться выше точки замерзания.
Хладагент, который выходит из конденсатора 20, затем направляется через расширительный клапан 21 и затем вновь подается на вход вторичного контура теплообменника 12.
Для теплообменника 12 и охлаждающего контура 17, соединенного с ним с помощью контроллера 24, может использоваться обычный охладительный сушильный аппарат, если это необходимо, однако в данном случае можно обойтись без воздухо-воздушного рекуперативного теплообменника, который обычно применяется в таком охладительном сушильном аппарате.
Преимуществом является то, что устройство может быть изготовлено на основе компрессора, соединенного с подходящим охладительным сушильным аппаратом, который всегда имеется в продаже.
Данное изобретение ни в коем случае не ограничено описанным здесь вариантом его осуществления на примере, показанном на чертеже, и устройство 1 для изготовления искусственного снега может быть реализовано в самых разнообразных вариантах, не выходя за рамки объема данного изобретения.