СПОСОБ РАССЕИВАНИЯ ТУМАНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2018 года по МПК A01G15/00 E01H13/00 

Изобретение относится к области техники, предназначенной для рассеивания тумана на контролируемой территории (автодороги, мосты, открытые площадки для проведения различных спортивных и зрелищных мероприятий и т.д.), где необходимо выполнение требований по прозрачности атмосферы на небольшой высоте от поверхности земли.

Известны способы рассеивания туманов, основанные на искусственной конденсации паров воды путем использования специальных веществ (реагентов). См., например, патент RU №2357404, опубликованный 10.06.2009 г., патент RU №2175185, опубликованный 27.10.2001 г., патент RU №2061358, опубликованный 10.06.1996 г.

Доставка реагентов и их распространения в тумане или облачности осуществляется с самолетов (см., например, патент США №2815928, МПК A01G 15/00, опубликованный 10.12.1957 г.), с помощью ракет (см., например, авторское свидетельство СССР №576839, МПК A01G 15/00), снарядов (см., например, Российская Федерация, патент №2034444, МПК 6 A01G 15/00, опубликованный 10.05.1995 г.). Применение данных методов ограничивается переохлажденными туманами (туманами, образуемыми в условиях отрицательных температур окружающего воздуха). Теплые туманы являются устойчивыми, и с помощью реагентов не рассеиваются.

Известны способы электрического воздействия на аэрозольное облако, основанные на доставке в аэрозольное облако коронирующих проводов, соединенных с источником высокого напряжения (см., например, авторское свидетельство СССР №71260, МПК A01G 15/00, опубликованное 31.07.1948 г., патент США №3456880, МПК A01G 15/00, опубликованный 22.07.1969 г.).

Основным недостатком описываемого способа и известных устройств является необходимость подъема коронирующих проводов на высоту расположения облака, что предопределяет большие затраты ресурсов и не всегда осуществимо по погодным условиям.

Известен способ, заключающийся в обдуве воздушным потоком, формируемым с помощью технических средств, коронирующих электродов, установленных у поверхности земли.

Технические решения, которые реализуют известный способ - это способ вызывания дождя (см. авторское свидетельство СССР №29675, МПК A01G 15/00, опубликованное в 1948 г.), а также устройство для разрушения тумана (см. опубликованную заявку ФРГ №4005304, МПК Е01Н 13/00).

Описываемый способ способствует распространению ионизированного воздуха, т.е. электрически заряженных частиц вверх, ускоряя тем самым процесс выпадения осадков из облачности или осаждение тумана.

Известен способ рассеивания туманов и облаков, заключающийся в генерации электрических зарядов в атмосферу путем подключения к источнику высокого напряжения коронирующих проводов, закрепленных через изоляторы на опорах у поверхности земли, (см. "Журнал геофизических исследований ", Кембридж, Массачусетс, март 1962 г., т. 67, стр 1073-1082). Сведения об этом способе отражены и в отечественной технической литературе (см. Л.Г. Качурин "Физические основы воздействия на атмосферные образования", Гидрометеоиздат, Ленинград, 1978 г. стр. 287-293).

Как следует из приведенных источников информации, определяющим фактором рассеивания тумана в известном способе является пространственный заряд, воздействующий на атмосферные образования.

Известное устройство по патенту РФ №2124288 С1, кл. Е01Н 13/00, 19.12.1997 г, опубликованному 10.01.1999 г, бюл. №1, которое содержит подсоединенные к источнику тока провода с малым радиусом кривизны поверхности, закрепленные на изоляторах опор параллельно электропроводной сетке, смонтированной в вертикальной плоскости, проходящей через оси симметрии смежных опор. Генерируемый коронирующими проводами коронный разряд, создает ионный ветер, который направлен от коронирующих проводов к заземленной сетке. Облако тумана, проходя через область коронного разряда, получает электрический заряд и ионным ветром, а также внешним ветровым потоком направляется на заземленную сетку. Проходя через ячейки заземленной сетки, электрически заряженные капли тумана сепарируются от ветрового потока и очищенный от тумана ветровой поток направляется в область защищаемого от тумана пространства. Известное техническое решение обеспечивает сепарацию капель тумана из набегающего на защищаемый объект воздушного потока. Очищенный от капель тумана воздушный поток обладает хорошей оптической прозрачностью и обеспечивает необходимую дальность видимости. Сепарация капель тумана в известном техническом решении осуществляется в два этапа: на первом этапе в области горения коронного разряда производят электрическое заряжание капель тумана; на втором этапе электрически заряженные капли сепарируются на заземленной поверхности. Эффективность сепарации капель в известном техническом решении определяется устойчивостью горения коронного разряда, которая может быть обеспечена в условиях высокой точности зазора разрядного промежутка по всей площади устройства, что является сложной технологической задачей и требует значительных финансовых затрат.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу и устройству рассеивания тумана является устройство для рассеивания тумана по патенту РФ на изобретение №2616393 RU.

Известный способ заключается в воздействии на капли тумана с наветренной от контролируемого объекта стороны электрическим полем, сформированном между соединенными с источником электрического питания цилиндрическими электродами и покрытыми пористым с открытыми порами материалом заземленными элементами. Известное устройство содержит соединенные с источником электрического питания цилиндрические электроды, в промежутках между которыми с зазором относительно их поверхности установлены покрытые пористым с открытыми порами материалом заземленные элементы. Заземленные элементы выполнены в виде свободной для прохождения воздушного потока конструкции, и установка прилегающих друг другу электродов исключает перекрытие между собой их нормальных проекций на заземленные элементы. В известном способе и устройстве электрическое поле индуцирует на поверхности капелек тумана электрический дипольный момент, вынуждает их двигаться к заземленной поверхности, проходить через пористый материал и осаждаться в его порах. Очищенный от капель тумана воздушный поток выносится в сторону контролируемой территории. Свободный от капель тумана воздух вытесняет с контролируемой территории туман. Таким образом, известный способ и устройство достаточно эффективно обеспечивают рассеивание тумана над контролируемой территорией при незначительных затратах энергетической мощности. Вместе с тем у имеющихся на рынке высоковольтных источников питания выходное напряжение ограничено, что вынуждает для формирования электрического поля, обеспечивающего реализации известно способа и устройства уменьшать зазор между электродом и заземленной поверхностью, что приводит к увеличению металлоемкости конструкции, и ограничивает его практическое применение, особенно для защиты от тумана длинных объектов, перпендикулярно ориентированных по отношению натекающего тумана, например, на дорогах, мостах.

Целью предполагаемого изобретения является снижение материалоемкости конструкции.

Для достижения заявленной цели известное устройство для рассеивания тумана, содержащее соединенный с источником высоковольтного питания электрод, установленный с зазором относительно заземленной поверхности с наветренной от контролируемого объекта стороны, снабжено устройством генерации коронного разряда, установленным на удалении не менее 5 метров с наветренной от электрода стороны вдоль всей территории контролируемого объекта.

в известном способе рассеивания тумана, заключающемся в воздействии на капли тумана электрическим полем, формируемым с наветренной от контролируемого объекта стороны, используют устройство по п. 1, при этом, процесс воздействия на капли тумана электрическим полем предваряют генерацией коронного разряда в объеме тумана, проходящего через область действующего электрического поля.

Достижение технического результата в предлагаемом изобретении обеспечивается за счет того, что в предлагаемом способе и устройстве воздействие электрического поля осуществляется на капли тумана, прошедшие через область генерации коронного разряда, где они получают электрический заряд. Эффективность воздействия электрического поля на электрически заряженные капли практически на порядок выше, чем на электрически нейтральные капли. Кроме того, при генерации в объеме тумана коронного разряда отрицательным потенциалом, капли тумана будут иметь отрицательный заряд, и к воздействию электрического поля от положительно заряженного электрода будет добавляться действие электрического поля Земли. Электрически заряженные капли тумана будут подниматься над контролируемым объектом и под воздействием положительно заряженного электрода и под действием электрического поля Земли. Дополнительное воздействие электрического поля Земли позволяет рассеивать туман над контролируемым объектом высоковольтным кабелем, подвешенным над поверхностью земли и обеспечивать над контролируемым объектом окна прозрачности высотой в несколько метров, достаточной, например, для обеспечения движения транспортных средств по обслуживаемым магистралям.

Предлагаемый метод предполагает формирование в тумане окна прозрачности небольшой высоты, достаточной для обеспечения движения транспортных средств в условиях тумана. Реализация предлагаемого способа рассеивания тумана предусматривает, прежде всего, анализ метеорологических и орографических условий в окрестности контролируемого объекта, определение скорости и направления движения ветровых потоков относительно контролируемого объекта в условиях тумана, а также требуемую высоту окна прозрачности, которую необходимо обеспечить на контролируемой территории в условиях тумана. Заблаговременно, до начала работ по обеспечению рассеивания тумана вдоль контролируемой территории, с наветренной от контролируемого объекта стороны, на высоте, не менее, чем на 1 метр превышающей требуемую высоту предполагаемой высоты окна прозрачности в условиях возникновения тумана, над поверхностью Земли, изолировано подвешивается электрод, который может быть покрыт электрической изоляцией и выполнен в виде высоковольтного кабеля. Схема предлагаемого устройства рассеивания тумана, показана на рис. 1. С целью обеспечения безопасности и снижения электрических потерь от всевозможных токов утечки, высоковольтный кабель 1 может быть установлен на высоковольтных изоляторах 2, закрепленных на установленных вдоль всей контролируемой территории опорах 3. С наветренной от высоковольтного кабеля 1 стороны на расстоянии, не менее 5 метров, вдоль всей территории контролируемого объекта установлены дополнительные опоры 4, на которых, на изоляторах 5 на высоте не менее 5 метров от земли закреплены коронирующие электроды 6. Стрелкой, обозначенной буквой W, указано направление ветрового потока. Приближение высоковольтного кабеля 1 к границе контролируемого объекта выбирается из условия достижения максимальной эффективности рассеивания тумана над контролируемым объектом. При этом, также принимаются во внимание условия безопасности эксплуатации высоковольтного кабеля, необходимость и возможность отчуждения территории и прочие условия, учитываемых на стадии выполнения проекта..

Реализация способа осуществляется следующим образом. При возникновении тумана и угрозе натекания его на контролируемую территорию подается высокое напряжение на коронирующие электроды 6 и высоковольтный кабель 1. В области установленных коронирующих электродов 6 генерируется коронный разряд, обеспечивающий электрическое заряжание капель тумана, проходящих в сторону контролируемого объекта. Электрически заряженные капли тумана под действием ветрового потока двигаются в сторону контролируемого объекта и попадают в пространство между высоковольтным кабелем 1 и землей. Под действием электрического поля от электрически заряженного высоковольтного кабеля 1 электрически заряженные капли двигаются под действием сил воздействия электрического поля на электрически заряженные капли. И, в зависимости от знака подаваемого на высоковольтный кабель напряжения, электрически заряженные капли тумана либо движутся к поверхности земли, либо к поверхности электрически заряженного высоковольтного кабеля 1. Учитывая, что Земля имеет отрицательный электрический заряд и у поверхности земли действует электрическое поле Земли порядка 100 в/м более целесообразно его использовать. Для этих целей целесообразно на коронирующие электроды 6 подавать отрицательный потенциал, а на электрод 1 положительный потенциал. В этом случае действие электрического поля электрода 1 на отрицательно заряженные капли тумана будет складываться с действием электрического поля Земли. Электрически заряженные отрицательным потенциалом капли тумана будут подниматься над поверхностью земли действием не только электрического поля электрически заряженного электрода, но и под действием электрического поля Земли, что позволит сформировать окна прозрачности над контролируемым объектом с помощью простого с малой материалоемкостью устройства.

Таким образом, предлагаемый способ путем использования простого устройства обеспечивает рассеивание тумана над контролируемым объектом и формирует окно прозрачности высотой, достаточной для осуществления хозяйственной деятельности высоте. Устройство, реализующее предлагаемый способ практически включает в себя несколько проводов изолированно и с зазором относительно поверхности Земли установленных с наветренной стороны вдоль контролируемого объекта. В отличие от известной конструкции, конструкция предлагаемого технического решения отличается меньшей материалоемкостью, что и позволят утверждать о достижении цели предполагаемого изобретения.

Группа изобретений относится к устройству и способу для рассеивания тумана на контролируемой территории (автодороги, мосты, открытые площадки для проведения различных спортивных и зрелищных мероприятий и т.д.), где необходимо выполнение требований по прозрачности атмосферы на небольшой высоте от поверхности земли. Устройство содержит соединенный с источником высоковольтного питания электрод, установленный с зазором относительно земли с наветренной от контролируемого объекта стороны. Устройство снабжено устройством генерации коронного разряда, установленным на удалении не менее 5 метров с наветренной от электрода стороны вдоль всей территории контролируемого объекта. Способ с использованием указанного устройства заключается в воздействии на капли тумана электрическим полем, формируемым с наветренной от контролируемого объекта стороны. Процесс воздействия на капли тумана электрическим полем предваряют генерацией коронного разряда в объеме тумана, проходящего через область действующего электрического поля. Технический результат группы изобретений заключается в снижении материалоемкости конструкции устройств, обеспечивающих рассеивание тумана. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для рассеивания тумана, содержащее соединенный с источником высоковольтного питания электрод, установленный с зазором относительно земли с наветренной от контролируемого объекта стороны, отличающееся тем, что снабжено устройством генерации коронного разряда, установленным на удалении не менее 5 метров с наветренной от электрода стороны вдоль всей территории контролируемого объекта.

2. Способ рассеивания тумана, заключающийся в воздействии на капли тумана электрическим полем, формируемым с наветренной от контролируемого объекта стороны, отличающийся тем, что используют устройство по п. 1, при этом процесс воздействия на капли тумана электрическим полем предваряют генерацией коронного разряда в объеме тумана, проходящего через область действующего электрического поля.