УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕВРАЩЕНИЯ СНЕЖНОЙ МАССЫ В ЖИДКУЮ ФАЗУ Российский патент 2014 года по МПК E01H5/00 

Предлагаемое изобретение относится к области коммунального хозяйства и предназначено для ухода за дорожным покрытием и другими поверхностями в регионах страны, расположенных в северной климатической зоне, где в течение длительного периода проводятся работы по поддержанию дорог, тротуаров и площадок промышленных зданий в эксплуатационном состоянии с целью снижения общей аварийности, на автомагистралях, дорогах и улицах городов и территориях промышленных зон.

Основным методом освобождения города от снега является его сгребание, погрузка и вывоз на полигоны. В Москве в настоящее время работают несколько установок для растапливания снега и льда - это инженерное сооружение, обеспечивающее прием снега, удаленного с территорий города снегоуборочной техникой, растапливание его, очистку полученной талой воды от различного рода загрязнений, содержавшихся в снеге и слив в канализацию. Энергетически это очень затратная технология, требующая вывоз снега на значительные расстояния, в виду малой плотности таких установок.

В качестве альтернативы предлагается передвижная мобильная установка, одновременно растапливающая снег в процессе его сбора, переводя ее в жидкость. Чтобы сделать такую установку требуется быстрый разогрев снежной массы, загружаемой в бункер на всю глубину одновременно. Это может быть достигнуто только с помощью СВЧ нагревателей, поскольку СВЧ-излучение интенсивно поглощается молекулами воды, а ее воздействие распространяется на всю глубину снежной массы. Такая установка актуальна, поскольку осеннее-зимний период в Санк-Петербурге длится от 4 до 5 месяцев. За это время происходит несколько крупных снегопадов с одновременными оттепелями и быстрыми заморозками. И уборка снежной массы с одновременным переводом ее в жидкую фазу облегчила бы коммунальщикам освобождение города от снега в кратчайшие сроки.

В качестве прототипа устройства для превращения снежной массы в жидкую фазу может рассматриваться стационарная снегоплавильная установка, используемая в коммунальном хозяйстве города Москвы, включающая в себя бункер (емкость), служащий одновременно для приема снеговой массы и для ее растапливания. В бункере расположены тепловыделяющие элементы (ТВЭлы). В зависимости от типа источника энергии, используемого в установке, тепло к ТВЭлу может доставляться теплоносителем или выделяться непосредственно в нем. Однако наиболее интересны мобильные установки, которые могут оперативно удалять разжиженную снежную массу с дорог и тротуаров. Но в настоящее время такие установки отсутствуют.

Расход энергии у всех снегоплавильных установок достаточно велик и составляет на растапливание 1 м³ снега с плотностью 0,4 т/м³, требуется: электроэнергии 37 кВт/час, или дизельного топлива 4,5 литра, или природного газа 5,4 м³, т.е энергетические расходы таких установок при растапливании снега от отрицательных температур весьма велики и ложатся на бюджет города тяжелым бременем.

Это трудоемкий и дорогостоящий процесс, но приемлемой альтернативы ему до настоящего времени не было. Анализируя перемены погоды в нашем регионе, следует отметить регулярные переходы от отрицательных температур к положительным температурам. В период отрицательных температур, по-прежнему, остается основным способом вывоз снега. Однако если учитывать энергию, которую нам регулярно дарит природа, следует использовать такие подарки. Вопрос - как? Целесообразно в период оттепели, переходить к полужидкой уборке снежной массы. Основная масса снега вбирает в себя энергию перехода от кристаллической фазы к полужидкой фазе, так как при минимальных затратах искусственного тепла легко полужидкая фаза переводится в жидкую. (Энергия перехода от твердой фазы (льда) к жидкой (воде) равна 427 кал на 1 грамм. Энергия же изменения температуры полужидкой массы несравненно, мала и равна всего 1 кал на 1 грамм для изменения температуры на 1 градус. Отсюда, экономия энергии при использовании даровой энергии получается в разы. Такой агрегат наиболее приемлем для оснащения коммунальных хозяйств. Установка для сбора полужидкой снежной массы состоит из бака емкостью от 1 до 3 м³, размещенного на автомобильном шасси с силовой установкой для питания магнетрона или клистрона, насоса для сбора полужидкой фазы тающего снега, с гидронасосом для питания гидравлических манипуляторов для насадки.

После заполнения бака полужидкой фазой снежной массы включается магнетрон или клистрон, и за короткое время вся полужидкая масса снега переходит в жидкость, которую без проблем можно сливать в канализацию. Тем самым, исключается ее перевоз на отдаленные полигоны. Это устройство не заменит, а расширит арсенал экономичных средств удаления снега. А малогабаритные установки на этом принципе смогут приобретать ЖКХ.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что устройство для превращения снежной массы в жидкую фазу выполнено в виде передвижной самодвижущейся установки с баком или цистерной, оснащенными нагревательными элементами, датчиками температуры и уровня жидкости. В устройство входит насадка для сбора полужидкой снежной фракции, насос для перекачки полужидкой снежной фракции в емкость, манипуляторы с гидронасосом для управления насадкой, силовым агрегатом для автономного питания нагревательных элементов и отличающееся тем, что для ускорения процесса перевода полужидкой снежной массы в жидкую фазу производится с помощью СВЧ излучателей на магнетронах или клистронах, установленных в закрытой цистерне или баке, соединенные с силовым агрегатом и пультом оператора. В насадку дополнительно установлены инфракрасные излучатели для ускорения процесса перевода снежной массы в полужидкое состояние. В целях повышении КПД устройства в целом, к насадке также подается теплый воздух или выхлопные газы от силовых агрегатов. С целью минимизации оборудования установки шланг для засасывания полужидкой снежной массы от насадки используется также и слива жидкости в канализацию путем переключения перекидной заслонки, управляемой с пульта оператора. В приемном баке или цистерне в нижней части выполнены сквозные каналы для прохода выхлопных газов от двигателя и силовой установки.

На фигуре 1, 2 доказана конструкция такой установки, где:

1. Передвижная установка

2. Приемная емкость (бак или цистерна)

3. Насос

4. Гибкий шланг

5. Насадка

6. Гидросистема

7. Пульт управления

8. Силовой агрегат

9. Установка СВЧ

10. Датчик температуры

11. Датчик уровня

12. Сливной шланг

13. Манипулятор

14. Гидронасос

15. Канализационный люк

16. Каналы для выхлопных газов

17. Перекидная заслонка

18. Магнетрон (клистрон)

19. Полужидкая снежная масса

20. Инфракрасный излучатель

Конструкция установки включает в себя: Передвижную установку 1 на базе автомобильного шасси, на которой смонтирована приемная емкость в виде бака или цистерны 2, насос для 3 для откачки полужидкой фазы с подсоединенным засасывающим гибким шлангом 4, с насадкой для сбора полужидкой фракции 5, управляемой гидросистемой с манипуляторами 13 с пульта управления 7 оператора и гидронасос 14 для питания манипуляторов 13. На шасси передвижной установки 1 также размещены: силовой агрегат 8 для питания установки СВЧ с магнетроном (магнетронами) или клистронами 9 и насос 3. В емкости и насадке установлены датчики температуры 10, а в емкости 2 расположен датчик уровня 11. Сливной шланг 12 также может управляться гидросистемой 6 с помощью манипулятора 13 с пульта управления 7. В насадке 5 для сбора полужидкой снежной массы 19 также может быть размещен магнетрон 18 или инфракрасный излучатель для ее подогрева.

Установка работает следующим образом: оператор через пульт управления 7 с помощью манипуляторов 13 опускает и устанавливает насадку 5 для сбора полужидкой фазы на уровень дорожного покрытия, и медленно двигая передвижную установку 1, начинает с помощью насоса 3, всасывать полужидкую массу внутрь бака или цистерны 2. Одновременно, оператор включает силовой агрегат 8 и установку СВЧ с магнетроном (магнетронами) 9. Полужидкая снежная масса, поступившая в бак или цистерну 2, начинает интенсивно поглощать энергию высокочастотного излучения, окончательно переходя в жидкую фазу. По мере заполнения бака или цистерны 2 и повышения температуры до заданного уровня, по показаниям датчиков температуры 10 оператор подводит установку к канализационному люку 14, переводит перекидную заслонку 17 в режим «слива» и сливает жидкость в канализационный люк 15.

Конструктивно для засасывания снежной массы и слива в канализацию может быть использован один и тот же шланг с переключением режима работы установки с помощью перекидной заслонки.

Существенным моментом для экономии энергии является, то что уборка снежной массы производится в период оттепели и перехода кристаллической снежной массы в полужидкое состояние за счет накопления природной тепловой энергии, идущей на разрушение кристаллической структуры снега с помощью передвижной установки, отсасывающей полужидкую снежную массу в бак или цистерну с последующим переводом ее в жидкую фазу с помощью СВЧ излучателей. Этот метеорологический фактор коммунальщики должны учитывать при организации снегоуборочных работ, что повысит оперативность служб коммунального хозяйства при удалении снега с тротуаров и дорог города.

Экономичность установки может быть повышена за счет утилизации тепла выхлопных газов двигателя и силовой установки. Для этого в конструкцию бака или цистерны вводятся каналы для выхлопных газов 16, проходящие через нижнюю часть емкости или установленные сваркой на нижней части емкости.

Известно, что в России есть опыт использования СВЧ для разжижения нефтепродуктов в железнодорожных цистернах и соответственно выпускаются установки большой мощности на энергии СВЧ. Такие же установки существуют в деревообрабатывающем производстве для ускоренной сушки древесины.

Таким образом, есть все предпосылки для конструирования такой передвижной установки и организации серийного производства, на предприятиях Санкт-Петербурга.

Изобретение относится к области коммунального хозяйства. Стационарная или передвижная установка отсасывает полужидкую снежную массу в бак или цистерну, переводит ее в жидкую фазу с помощью агрегатов, включающих: отсасывающий насос для заполнения бака или цистерны, гидронасос для запитывания манипуляторов, управляющих положением всасывающей насадки, силовым агрегатом для питания СВЧ излучателей на магнетронах или клистронах, разогревающих полужидкую снежную массу до полного перехода в жидкое состояние. В установке дополнительно используется энергия выхлопных газов от двигателя и силовой установки, за счет отъема тепла выхлопных газов, проходящих по сквозным каналам, расположенными в нижней части емкости. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для превращения снежной массы в жидкую фазу, включающее передвижную установку с баком или цистерной, оснащенных нагревательными элементами, датчиками температуры и уровня жидкости, насосом для перекачки полужидкой снежной фракции, насадкой для сбора полужидкой снежной фракции, манипуляторами с гидронасосом для управления насадкой, силовым агрегатом для автономного питания нагревательных элементов, в баке или цистерне установлены СВЧ излучатели с магнетронами или клистронами, соединенные с силовым агрегатом и пультом оператора, в насадке установлены инфракрасные излучатели, в емкости выполнены сквозные каналы для прохода выхлопных газов от двигателя и силовой установки, а к насадке подсоединены воздуховоды.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шланг используется для засасывания полужидкой снежной массы, а также слива жидкости в канализацию путем переключения перекидной заслонки, управляемой с пульта оператора.