Устройство для рассеивания тумана путем сепарации капель Российский патент 2024 года по МПК E01H13/00 

Изобретение относится к области техники, предназначенной для рассеивания тумана над контролируемыми объектами, например на аэродромах, скоростных автодорогах и т.п., где для управления транспортными средствами необходимо выполнение требований по дальности видимости.

Известен способ рассеивания тумана, основанный на испарении капель тумана путем сжигания топлива на контролируемой территории (проект FIDO, см., например https://en.wikipedia.org/wiki/Fog_Investigation_and_Dispersal_Operation). Тепло, выделяемое при сжигании топлива, нагревало воздух в области обслуживаемого пространства, что обеспечивало испарение капель тумана. Известное устройство успешно применялось на практике и обеспечивало посадку самолетов в условиях мощных туманов. Однако, известное устройство отличается высокой энергоемкостью (более 100 литров горючего в сек.) и не нашло широкого применения.

В отчете НАСА 3481 от 1981 г. (см. http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19820008785.pdf) представлены материалы исследований по созданию ионных генераторов, с помощью которых планировалось формировать в области обслуживающего пространства объемный электрический заряд для рассеивания тумана (патент США №4671805). Однако практического применения ионных генераторов для рассеивания тумана в опубликованных источниках не представлено.

Известен способ рассеивания тумана, основанный на вытеснении тумана с контролируемой территории воздухом, очищенным от капель тумана с помощью генерируемого коронным разрядом ионного ветра. Техническое устройство, реализующее данный способ, описан в патенте РФ №2124288 С1, кл. Е01Н 13/00, 19.12.1997 г., опубликованном 10.01.1999 г., бюл. №1. Известное устройство 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.

Известное техническое решение достаточно успешно решает задачу рассеивания тумана. См., например https://vvww.youtube.corn/watch?v=3HnMTvwBOXk, https://www.youtube.com/watch?v=PGGkdaVStXs. 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. Вместе с тем, устойчивость горения коронного разряда, а, следовательно, и эффективность работы устройства в значительной степени зависит от точности величины зазора между коронирующими проводами и заземленной сеткой. В местах, где зазор меньше проектного значения происходит электрический пробой, и вся система генерации коронного разряда выключается. В местах же, где значение зазора больше проектного значения, интенсивность коронного разряда недостаточна для эффективного рассеивания тумана. Обеспечить требуемые характеристики плоскостности поверхности сетки очень сложная техническая задача.

Известны способы рассеивания тумана путем формирования струи подогретого и осушенного воздуха (патенты на изобретение 2174301 RU, 2164368 RU, 2160001 RU, KR 201550121909, KR 20120088177). Данные способы обеспечивают формирование струи, имеющую большую скорость, что позволяет регулировать направление воздействия струи, и обеспечить вытеснение тумана на больших территориях. Вместе с тем, данные технические решения отличаются значительным энергопотреблением.

Наиболее близким к предлагаемому устройству техническим решением является устройство для рассеивания тумана, описание которого представлено в патенте на изобретение №2781216 RU. Известное устройство, содержит установленный в воздушном канале вентилятор с приводом, на оси которого закреплен фильтрующий элемент. Фильтрующий элемент выполнен в виде пористой с открытыми порами конструкции, окруженной прикрепленной к корпусу воздушного канала обечайкой с выполненным в нижней ее части дренажным отверстием. Сепарация капель тумана в данном устройстве обеспечивается за счет продвижения тумана сквозь вращающуюся конструкцию фильтрующего элемента, заполненного пористым с открытыми порами фильтрующим материалом. Капли тумана сталкиваются с элементами конструкции пор фильтрующего элемента, прилипают к ним и центробежной силой проталкиваются сквозь открытые поры фильтрующего элемента наружу и выбрасываются из фильтрующего элемента к внутренней поверхности окружающей фильтрующий элемент обечайке и выводятся из потока. В данном техническом устройстве достаточно простым способом обеспечивается сепарация капель тумана и формируется струя очищенного от капель тумана воздушного потока, которая обеспечивает вытеснение тумана с контролируемой территории.

Вместе с тем, в известном устройстве капли жидкости, сепарируемые фильтрующим материалом, находящимся ближе к оси вращения, двигаясь к периферии фильтрующего элемента, перекрывают там часть пор фильтрующего материала и увеличивают аэродинамическое сопротивление для продвижения через фильтрующий элемент тумана, снижается эффективность работы устройства.

Целью предполагаемого изобретения является повышение эффективности рассеивания тумана.

Для достижения заявленной цели в известном устройстве для рассеивания тумана путем сепарации капель, содержащем установленный в воздушном канале вентилятор с приводом, на оси которого закреплен фильтрующий элемент, выполненный в виде диска, заполненного фильтрующим с открытыми порами материалом, фильтрующий элемент снабжен перегородками, выполненными из водонепроницаемого материала, разделяющими фильтрующий материал на фрагменты, соприкасающиеся между собой по ориентированным под острым углом к радиусу диска поверхностям.

Технический результат в предполагаемом изобретении достигается за счет того, что непроницаемые для сепарируемой жидкости перегородки, установленные между фрагментами фильтрующего материала, обеспечивают отвод сепарируемой жидкости из фильтрующего элемента отдельно от каждого его фрагмента. Сепарируемые капли, собираемые в области, более прилегающей к оси вращения, выводятся из фильтрующего элемента не по порам элементов фильтрующего материала более удаленных от центра, а огибают их вдоль водонепроницаемых перегородок наружу и не попадают на его периферийные фрагменты. Поры периферийных элементов фильтрующего материала не перекрываются влагой, собираемой в находящихся ближе к оси частях, что способствует беспрепятственному продвижению через них тумана.

На фигуре 1 представлена условная схема предлагаемого устройства для рассеивания тумана путем сепарации капель.

На фигуре 2 и фигуре 3 представлены варианты устройства с различными вариантами схем выполнения водонепроницаемых перегородок, которыми снабжен фильтрующий элемент.

Предлагаемое устройство для рассеивания тумана содержит установленный в воздуховоде 1 вентилятор с приводом, включающий в себя лопатки вентилятора 2, закрепленные на оси привода 3. На оси привода 3 также закреплен фильтрующий элемент, выполненный в виде свободной для прохождения воздушного потока конструкции, выполненной в виде заполненного пористым с открытыми порами материалом 4 диска, окантованного перфорированной лентой 5. Свободная для прохождения воздушного потока конструкция может быть выполнена по известным конструктивным схемам пространственных конструкций. В ней должны быть предусмотрены зазоры между элементами конструкции, позволяющие свободное прохождение сквозь нее воздушного потока. Основное требование к свободной для прохождения воздушного потока конструкции - минимальное аэродинамическое сопротивление для прохождения воздушного потока, возможность заполнения ее фильтрующим материалом 4, а также отсутствие дисбаланса при его вращении на оси привода. В качестве фильтрующего материала 4 может быть использован любой известный на рынке материал с открытыми порами, например, вспененный полиуретана (https://ffvm.ru/produktsiya/penopoliuretan-dlya-filtrov-ppu.php), либо сплетенная (с зазором между собой) из тонкой проволоки пространственная конструкция (см., например, https://daly.ru/katalog/kapleulovitel-ultraset/). Размер открытых пор фильтрующего материала определяется на стадии проектирования в зависимости от скорости вращения привода вентилятора, требуемой степени очистки газового потока и ограничениями по аэродинамическому сопротивлению продвижения воздушного потока в воздуховоде 1. Фильтрующий элемент снабжен перегородками 6, выполненными из водонепроницаемого материала, разделяющими фильтрующий материал 4 на фрагменты, соприкасающиеся между собой по ориентированным под острым углом а к радиусу диска поверхностям. На фигуре 1 перегородки 6 выполнены в виде плоской поверхности, пересекающей диск фильтрующего элемента под постоянным углом α к радиусу диска. Для повышения эффективности работы устройства перегородки 6 могут быть выполнены криволинейными, как показано на фигуре 2, например, в виде спиральной поверхности, как показано на фигуре 3. Обязательным условием для перегородок - ее поверхность должна быть ориентирована под острым углом к радиусу диска. К корпусу воздуховода 1 прикреплена окружающая фильтрующий элемент обечайка 7. Обечайка 7 выполнена длиной не менее, чем толщина диска фильтрующего элемента, а ее внутренний диаметр превышает не менее, чем на 5 мм внутренний диаметр корпуса 1.В нижней части обечайки 7 выполнено дренажное отверстие 8.

Предлагаемое устройство для рассеивания тумана путем сепарации капель работает следующим образом. Устройство устанавливают в тумане, ориентируя направление оси привода 3 вращения вентилятора и струи формируемого им воздушного потока, в направление стороны защищаемой от тумана территории. Наиболее благоприятное расположение устройства с наветренной от защищаемого объекта стороны. Включается вентилятор. Воздух, содержащий капли тумана засасывается вентилятором и продвигается через вращающийся диск фильтрующего элемента, заполненного пористым с открытыми порами материалом 4. Капли тумана, содержащиеся в продвигаемом через пористый с открытыми порами материалом 4 воздушном потоке, захватываются набегающими на них конструктивными элементами пор, и центробежной силой отбрасываются по каналам пор от оси вращения диска. Продвижение сепарируемых капель к периферии диска фильтрующего элемента ограничивается водонепроницаемыми перегородками 6. Учитывая, что поверхность водонепроницаемых перегородок 6 ориентирована под острым углом а к радиусу диска, продвижение сепарируемых капель к периферии диска фильтрующего элемента не ограничивается, а осуществляется далее не сквозь поры фильтрующего материала, а вдоль обращенной к центру диска водонепроницаемой поверхности перегородок 6. Исключается заполнение пор фильтрующего материала, примыкающего к обратной стороне перегородок 6, через которые продвигается часть более удаленного от оси вентилятора воздушного потока. Капли тумана, сепарируемые от воздушного потока конструктивными элементами пор, отбрасываются к периферии диска. Далее капли тумана вдоль обращенной к центру диска водонепроницаемой поверхности и через отверстия в перфорированной ленте 5 выносятся к внутренне поверхности закрепленной на корпусе воздуховода 1 обечайки 7 и через дренажное отверстие 8 выносятся наружу. Очищенный от капель тумана формируемый лопатками вентилятора 2 воздушный поток вытесняет туман с контролируемого объекта. Для повышения эффективности очистки контролируемой территории от тумана предлагаемое устройство может быть установлено на качающейся опоре, позволяющей сканировать выходящей из устройства струей воздушного потока по защищаемой от тумана контролируемой территории.

Путем снабжения предлагаемого устройства водонепроницаемыми перегородками обеспечивается вывод сепарируемых капель из фильтрующего элемента без заполнения пор удаленных от центра элементов фильтрующего материала. Поры периферийных элементов фильтрующего материала не перекрываются влагой, собираемой в находящихся ближе к оси частях, что способствует беспрепятственному продвижению через них тумана. Снижается аэродинамическое сопротивление фильтрующего элемента продвижению струи воздушного потока. Увеличивается дальность продвижения очищенного от капель тумана воздушного потока, повышается эффективность рассеивания тумана, что позволяет достичь цели предполагаемого изобретения.

Изобретение относится к области техники, предназначенной для рассеивания тумана над контролируемыми объектами, например на аэродромах, скоростных автодорогах, где для управления транспортными средствами необходимо выполнение требований по дальности видимости. Устройство для рассеивания тумана путем сепарации капель содержит установленный в воздушном канале вентилятор с приводом, на оси которого закреплен фильтрующий элемент, выполненный в виде диска, заполненного фильтрующим с открытыми порами материалом. Фильтрующий элемент устройства снабжен перегородками, выполненными из водонепроницаемого материала, разделяющими фильтрующий материал на фрагменты, соприкасающиеся между собой по ориентированным под острым углом к радиусу диска поверхностям. Техническим результатом является снижение аэродинамического сопротивления фильтрующего элемента продвижению струи воздушного потока, увеличение дальности продвижения очищенного от капель тумана воздушного потока, повышение эффективности рассеивания тумана. 3 ил.

Устройство для рассеивания тумана путем сепарации капель, содержащее установленный в воздушном канале вентилятор с приводом, на оси которого закреплен фильтрующий элемент, выполненный в виде диска, заполненного фильтрующим с открытыми порами материалом, отличающееся тем, что фильтрующий элемент снабжен перегородками, выполненными из водонепроницаемого материала, разделяющими фильтрующий материал на фрагменты, соприкасающиеся между собой по ориентированным под острым углом к радиусу диска поверхностям.