AT12197U1 - Schneegenerator für eine beschneiungsanlage - Google Patents

Description

österreichisches Patentamt AT12197U1 2011-12-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Schneegenerator für eine Beschneiungsanlage mit einer konvergent-divergent geformten Düse, die insbesondere rotationssymmetrisch um eine Düsenachse ausgebildet ist, einem Luftzuführkanal, durch den ein Luftstrom in die Düse einbringbar ist, einer Wasserzufuhr und einer Ausbringöffnung, die mit dem divergent geformten Bereich der Düse in Verbindung steht. Weiters betrifft die Erfindung einen Schneegeneratorenblock mit einer Vielzahl von Schneegeneratoren sowie eine Beschneiungsanlage.

[0002] Beim Erzeugen von Kunstschnee besteht generell das Problem, dass dies an sich nur bei Minustemperaturen möglich ist. Bei derzeit üblichen Schneekanonen ist die oberste Temperaturgrenze, bei der ohne zusätzliche Maßnahmen (Vorkühlung des dem Schneegenerator zugeführten Luftstroms) noch Kunstschnee erzeugt werden kann, -1 °C. wobei der optimale Einsatzbereich bei einer Temperatur zwischen -5° und -20^0 liegt. Um ein Beschneien ohne eine energetisch aufwändige Luftkühlung auch bei Plusgraden bzw. bei über -1 °C zu ermöglichen, werden beispielsweise Chemikalien dem Wasser zugeführt, um ein Gefrieren des Wassers auch bei Plusgraden zu erreichen. Diese Zugabe von diversen Chemikalien ist aber in vielen Ländern nicht erlaubt.

[0003] Aus dem Stand der Technik sind bereits diverse Schneeerzeugungsvorrichtungen bekannt, die eine zuerst konvergent zusammenführende und dann divergent auseinanderführende Düse zum Erzeugen von Schnee zeigen.

[0004] Beispielsweise zeigt die US 5,090,619 eine Schneepistolendüse, wobei in einer Mischkammer die Mischung von zugeführter Luft und aus Kanälen zugeführtem Wasser erfolgt. Die Kanäle weisen in Richtung eines Fokuspunkts, der sowohl vor als auch nach der Verengung in der Düse liegen kann. Durch die Kanäle wird dabei ein konischer hohler Wasserstrahl erzeugt, der beim Zusammentreffen in der Mischkammer in einen feinen Sprühnebel zerteilt. Anschließend wird der feine Sprühnebel mit der zugeführten Luft unter Partikelbeschleunigung in der Düse auf Überschallgeschwindigkeit gebracht und zu Schnee bzw. Eis umgewandelt wird. Durch die sehr feine Zerstäubung des Wassers durch axiale und radiale Scherkräfte können die einzelnen Wasserpartikel zwar kurzfristig in Eis umgewandelt werden, sobald sie jedoch nach Austreten aus der Düse in die warme Plusgrade-Umgebungstemperatur gelangen, schmelzen die sehr kleinen Eiskristalle und es entsteht bei Temperaturen über -1 °C kein dauerhafter Schnee.

[0005] In ähnlicher Art und Weise ist aus der EP 2 071 258 eine konvergent-divergente Düse bekannt, wobei Wasser und Luft vor der Düse im Düsenkanal miteinander vermischt werden und dann gemeinsam als Luft-Wasser-Gemisch im Düsenbereich zur Erstarrung gebracht werden.

[0006] Weiters zeigt die DE 561 906 die Kristallisation von Gefrierwasser schon während des Durchganges desselben durch eine in einem luftleeren Behälter befindliche Zerstäuberdüse. Durch Einführen von Wasser in diese Düse im luftleeren Raum entsteht etwa 83% trockener bzw. wenig feuchter Schnee und etwa 17% Dampf. Der Schnee fällt auf den Boden eines Presskanals und wächst im Inneren eines Turmes zu einer Schneesäule, welche dann beispielsweise zu Eisblöcken verpresst werden kann. Der wesentliche Nachteil bei dieser Ausführung besteht darin, dass das Wasser in einen aufwändig zu erzeugenden, luftleeren Raum gebracht werden muss.

[0007] Aus der US 5,909,844 geht eine Wasseratomisierdüse für eine Schneekanone hervor, wobei sehr stark gefrorene, extrem kleine Wassertropfen hergestellt werden, die als sogenannte Gefrierkatalysatoren dienen, um weitere Tropfen zum Frieren zu bringen. Hier besteht auch ein wesentlicher Nachteil darin, dass bereits vor der Düse eine starke Durchmischung und somit Zerstäubung des Wassers mit der zugeführten Luft erfolgt.

[0008] Wiederum ähnlich ist die in der US 3,923,247 beschriebene Ausführung, bei der Wasser und Luft bereits vor der Düse zusammengemischt werden. Ein ähnliches Zusammenmischen 1/31 österreichisches Patentamt AT12197U1 2011-12-15 von Wasser und Kompressorluft vor dem Erreichen der Düse ist aus der US 7,131,598 bekannt. Auch die EP 0 683 886 B1 zeigt eine Luft-Wasser-Mischung, die einer konvergent-divergent geformten Düse zugeführt wird. Weitere solche Vorrichtungen sind aus der US 4,793,554 und der US 4,915,302 bekannt.

[0009] Weiters ist aus der US 5,836,514 eine Schneekanone bekannt, bei der durch die Luft Ultraschallwellen erzeugt werden, die für das Gefrieren von bereits aus einer Düse ausgetretenen Wassertropfen sorgen.

[0010] Wiederum ein Einspritzen eines Luft-Wasser-Gemisches geht aus der WO 2009/043092 A1 hervor, wobei sich durch Bringen des Luft-Wasser-Gemisches auf Überschallgeschwindigkeit Eiskristalle bilden, die mit hoher Geschwindigkeit aus der Schneemaschine austreten können.

[0011] Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Schneegenerator anzugeben. Insbesondere soll Kunstschnee ohne Zugabe von Chemikalien oder einer Luftkühlung auch bei Umgebungstemperaturen im Plusbereich bzw. über -1 °C erzeugt werden können. Weiters liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, möglichst große Eiskristalle zu erzeugen, die weniger anfällig für das Schmelzen bei Plustemperaturen sind.

[0012] Dies wird für einen Schneegenerator mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1 dadurch erreicht, dass Wasser über die Wasserzufuhr in Form eines im Wesentlichen parallel zur Düsenachse gerichteten Strahls in die konvergent-divergent geformte Düse ein-bringbar ist. Dies ist nach Ansicht des Anmelders vermutlich darauf zurückzuführen, dass durch das Einbringen des Wassers in Form eines Strahles das Wasser erst im Übergangsbereich zwischen konvergentem und divergentem Bereich der Düse in große Teile zerrissen wird, wodurch beim Abkühlen des Luftstromes im Düsenbereich in oder nach der Ausbringöffnung große Eiskristalle entstehen, die auch relativ hohen Umgebungstemperaturen widerstehen können.

[0013] Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die konvergent-divergent geformte Düse lavalförmig, mit einem im Querschnitt kurvenförmigen konvergenten Bereich ausgebildet ist. Eine derartige lavalförmige Düse kann bevorzugt derart ausgebildet sein, dass der konvergente Bereich der Düse rotationssymmetrisch ist, wobei der Öffnungsquerschnitt des konvergenten Bereichs der Düse von einem Mündungseingang bis zum divergenten Bereich kontinuierlich abnimmt und wobei der Übergang vom konvergenten zum divergenten Bereich den kritischen Punkt der lavalförmigen Düse bildet. Bei einer solchen lavalförmigen Düse wird der Luftstrom in bzw. kurz nach Erreichen des kritischen Punktes auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt, wodurch ein plötzlicher Temperatur- und Druckabfall erzeugt wird. Bei einer solchen Lavaldüse wird zuerst im konvergenten Düsenteil die Luft auf eine Unterschallströmung beschleunigt. Im Halsquerschnitt der Düse wird der kritische Strömungszustand erreicht. Der Überschallbereich wird im kritischen Querschnitt bzw. stromab des kritischen Querschnitts erreicht, wobei Temperatur, Dichte und Druck bei der Überschallexpansion stark absinken. Wenn nun der Wasserstrahl zu diesem bzw. in diesen kritischen Punkt/Bereich eingebracht wird, wird durch die starke Luftströmung zuerst der Wasserstrahl in relativ große Teile zerrissen, die unmittelbar danach zu relativ großen Eiskristallen gefrieren.

[0014] Der kritische Punkt in einer Lavaldüse ist jener Punkt bzw. Bereich, wo die Strömung Mach 1 erreicht, wobei dies ideal im engsten Querschnitt, in der Praxis etwas stromabwärts des engsten Querschnitts, erreicht wird.

[0015] Besonders bevorzugt kann dazu vorgesehen sein, dass der Wasserstrahl koaxial zur Düsenachse in die Düse einbringbar ist. D. h., wenn der Wasserstrahl zentral und relativ gleichmäßig breit bleibend in die Düse eingebracht wird, wird die Zufuhr des Luftstroms und somit das Erreichen der Überschallgeschwindigkeit am wenigsten beeinflusst und der Wasserstrahl kann möglichst vollständig zum kritischen Punkt gelangen. Die Düseninnenfläche an sich muss dazu nicht zwingend rotationssymmetrisch sein, sondern kann im Querschnitt auch oval oder zumindest teilweise eckig ausgebildet sein. Wesentlich ist, dass als Düsenachse bei einer 2/31 österreichisches Patentamt AT12197U1 2011-12-15 nicht rotationssymmetrischen Düseninnenfläche vorzugsweise jener Bereich bzw. jene Linie des Düsenkanals angesehen werden kann, der rundum am weitesten von der Düseninnenfläche entfernt ist.

[0016] Somit wird gegenüber dem Stand der Technik Wasser - ohne eigentliche Mischkammer -als Strahl in die Düse eingebracht, wobei durch eine optimierte Düsengeometrie (vorzugsweise Lavaldüse mit bevorzugt möglichst großem Rundungsradius im konvergenten Teil) das Auseinanderreißen des Wasserstrahles im kritischen Punkt erfolgt und durch die hohe Beschleunigung mit starken Druck- und Dichteunterschieden der Luft aus dem Wasserstrahl während des Durchgangs durch die Düse Schnee erzeugt wird. Somit wird unter Ausnützung des Temperaturgefälles bei Druckabfall (Beschleunigung in den Überschallbereich) die Kunstschneeerzeugung ohne Chemikalienzusatz auch bei einer über -1 °C liegenden Temperatur ermöglicht. Eine optimale Düsengeometrie kann durch eine Versuchsreihe ermittelt werden. Alternativ kann Fachliteratur herangezogen werden. Für die genaue Ausbildung der Düse und der dadurch erzeugten Effekte wird zum Beispiel auf das Lehrbuch „Technische Strömungslehre" von Bohl/Elmendorf und dort speziell auf die Seiten 339 bis 344 verwiesen.

[0017] Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass der divergente Bereich der Düse zumindest zwei unterschiedliche Öffnungswinkel aufweist. Der divergente Bereich kann dabei auch einen kurvenförmigen Längsschnitt aufweisen. Die zumindest zwei unterschiedlichen Öffnungswinkel dienen dazu, dass der Strömungsverlauf im Ausgangsbereich der Düse verbessert wird und es zu möglichst wenigen Verdichtungsstößen kommt, deren Erwärmungswirkung dem Bilden von Kunstschnee hinderlich wäre.

[0018] Weiters kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Wasserzufuhr, vorzugsweise entlang der Düsenachse des rotationssymmetrischen konvergenten Bereichs, relativ zur Düse stufenlos oder in Stufen verstellbar und vorzugsweise feststellbar in einem Gehäuse des Schneegenerators anordenbar ist. Durch die verschiebbare Stellung der Wasserzufuhr kann die Einbringung bzw. Eindüsung des Wasserstrahls an einem idealen Punkt vor oder im konvergenten Bereich der Düse erfolgen, ohne die Düsengeometrie und somit auch das Erreichen der Überschallgeschwindigkeit zu stören. Dazu kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die vorzugsweise düsenförmige Wasserzufuhr eine Wasseraustrittsöffnung aufweist, welche im konvergenten Bereich angeordnet ist. Als ein idealer Punkt für die Wassereindüsung wurde bei Versuchen des Anmelders die Position der Wasseraustrittsöffnung zwischen dem Mündungseingang und halbem Abstand zwischen Mündungseingang und kritischem Punkt gefunden.

[0019] Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Wasserstrahl als Vollstrahl zum kritischen Punkt der konvergent-divergent geformten Düse gelangt. Als Hilfskonstruktion für die Beschreibung eines Vollstrahls kann ein gedachter Zylinder dienen, dessen Grundfläche der Querschnitt der Wasseraustrittsöffnung der Wasserzufuhr ist. Die Höhe und Ausrichtung dieses gedachten Zylinders bildet die Düsenachse von der Wasseraustrittsöffnung bis zum kritischen Punkt. Der in die Düse einzubringende Wasserstrahl sollte idealerweise möglichst innerhalb dieses gedachten Zylinders den kritischen Punkt erreichen, jedoch kann ein Wasserstrahl nie gänzlich derart exakt im gedachten Zylinder bleiben. Zum einen gibt es Absprühungen durch Kollisionen im Wasserstrahl, zum anderen gelangt der Wasserstrahl bereits vor Erreichen des kritischen Punktes in den Einflussbereich der sich bereits stark beschleunigenden Strömung der zugeführten Luft, wodurch sich der Wasseranteil des Wasserstrahls bei Erreichen des Einflussbereiches der Luftströmung verringert. Das heißt, der Wasseranteil des Vollstrahl im gedachten Zylinder kann von der Wasseraustrittsöffnung bis zum Erreichen des Einflussbereiches bzw. bis zum Erreichen des kritischen Punktes auf 80% oder auf 60% oder sogar auf 40 % sinken. Auf jeden Fall sollte der Wasseranteil des Vollstrahls im gedachten zylinderförmigen Bereich bis zum Erreichen des Einflussbereiches der stärksten Beschleunigung in der Strömung relativ wenig sinken, wobei bei Erreichen des Einflussbereiches der sich beschleunigenden Luftströmung eine stärkere Abnahme des Wasseranteiles bis zum kritischen Punkt erfolgen kann. Zumindest im Strahlrand kann gegenüber dem Wasserstrahlmittelpunkt eine Verringerung des Wasseranteils vorliegen, da nie das gesamte Wasser des Wasserstrahls genau im definierten zylinderförmigen Bereich bleiben kann und immer eine gewisse Streuung gegeben ist. 3/31 österreichisches Patentamt AT12 197U1 2011-12-15 [0020] Weiters kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das Verhältnis des Luftdrucks vor der Düse und nach der Düse zumindest 4:1, vorzugsweise zwischen 5:1 und 7:1, beträgt.

[0021] Bezüglich des Wasserdruckes ist mit einem Schneegenerator gemäß der vorliegenden Erfindung ein wesentlich geringerer Druckbedarf (z. B. zwischen ca. 6 und 15 bar) gegenüber gängigen Schneekanonen (Wasserdruck liegt dort bei ca. 40 bar) gegeben. Zusätzlich kann durch die axiale Verschiebung der Wasserzufuhr bis weit in den konvergenten Teil der Düse mit einem Wasserdruckverhältnis gearbeitet werden, das unter dem Druckverhältnis der Druckluft liegt. Allerdings ist dabei eine mögliche Störung der Düsengeometrie zu beachten.

[0022] Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die Schneeausbringöffnung einstückig mit der konvergent-divergent geformten Düse ausgebildet ist. Im Idealfall ist diese Düse als einstückiges, vorzugsweise rotationssymmetrisches Kunststoffteil ausgebildet, das isolierend wirkt.

[0023] Schutz wird auch begehrt für einen Schneegeneratorenblock mit zumindest zwei Schneegeneratoren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Schneegeneratoren in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und einen gemeinsamen Luftzuführkanal aufweisen. Dadurch können mehrere Schneegeneratoren in einer baulichen Einheit zusammengefasst werden und somit den Einbau in Beschneiungsanlagen erleichtern. Bevorzugt kann dazu vorgesehen sein, dass die Vielzahl von Schneegeneratoren entlang konzentrischer Kreise im Gehäuse angeordnet ist.

[0024] Weiters wird Schutz begehrt für eine Beschneiungsanläge mit wenigstens einem Schneegenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder einem Schneegeneratorenblock nach Anspruch 14 oder 15. Eine solche Beschnei ungsan läge weist eine Druckluftquelle auf, die mit dem Luftzuführkanal des wenigstens einen Schneegenerators bzw. des Schneegeneratorenblocks in Verbindung steht. Weiters umfasst die Beschneiungsanlage eine Wasserversorgungsleitung, die mit der Wasserzufuhr des wenigstens einen Schneegenerators bzw. des Schneegeneratorenblocks in Verbindung steht. Diese Beschneiungsanlage kann auch eine von einem Benutzer bedienbare Steuer- oder Regeleinheit umfassen, die die Zufuhr von Wasser bzw. von Druckluft zu den einzelnen Schneegeneratoren bzw. Schneegeneratorenblöcken regelt oder steuert.

[0025] Um auch bei sehr hohen Umgebungstemperaturen (über +5°C) eine ausreichende Beschneiung zu garantieren, kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Beschneiungsanlage eine Kältewand umfasst, auf die vom zumindest einen Schneegenerator erzeugter und über die Schneeausbringöffnung ausgeblasener Schnee auftrifft. Eine solche Kältewand umfasst bevorzugt eine Vielzahl von im Wesentlichen in Richtung Schneeausbringöffnung weisenden Kühlstäben und eine Schneeabstreifplatte zum Abstreifen des aufgeblasenen Schnees von der Vielzahl von Kühlstäben. Zusätzlich oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Beschneiungsanlage im nach der Schneeausbringöffnung angeordneten Austrittbereich des Schnees ein hülsenförmiges Gehäuseelement mit Kühlluftzuführung aufweist. Dadurch wird ein sogenannter Luftvorhang erzeugt. Weiters kann in Verbindung mit zusätzlichen Kühlaggregaten oder -anlagen eine Kristallisationswand, ein Luftvorhang oder ein gekühltes Verzögerungsrohr für die Kühlung der unmittelbaren Umgebungsluft im Austrittsbereich des Schnees aus der einen bzw. der Vielzahl von Schneegeneratoren sorgen.

[0026] Schutz wird daher auch begehrt für eine Kältewand für eine Beschneiungsanlage, wobei die Kältewand eine Vielzahl von Kühlstäben und eine Schneeabstreifplatte zum Abstreifen von auf die Kältewand aufgeblasenem Schnee von der Vielzahl von Kühlstäben aufweist.

[0027] Generell können natürlich auch bei der Erfindung die an sich bekannten Maßnahmen des Standes der Technik (Luftkühlung, Chemikalien usw.) flankierend eingesetzt werden.

[0028] Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele im Folgenden näher erläutert. Darin zeigen: [0029] Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch den in Fig. 2 dargestellten Schneegenerator, 4/31 österreichisches Patentamt AT12 197U1 2011-12-15 [0030 [0031 [0032 [0033 [0034 [0035 [0036 [0037 [0038 [0039 [0040 [0041 [0042 [0043 [0044 [0045 [0046 [0047 [0048 [0049 [0050 [0051

Fig. 2 eine Ansicht eines Schneegenerators mit Gehäuse,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung einer konvergent-divergent geformten Düse,

Fig. 4 und 6 3D-Ansichten der Düse gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine Ansicht der Düse im Austrittsbereich,

Fig. 7 eine Ansicht des Mündungseingangs der Düse,

Fig. 8 eine schematische Darstellung des zum kritischen Punkt eingebrachten

Wasserstrahls,

Fig. 9 eine 3D-Ansicht eines Schneegeneratorenblocks,

Fig. 10 eine Ansicht des Schneegeneratorenblocks,

Fig. 11 einen Schnitt durch den Schneegeneratorenblock gemäß Fig. 9 und 10,

Fig. 12 bis 16 diverse Ansichten von mehreren zusammengefassten Schneegeneratorenblöcken,

Fig. 17 eine Frontansicht eines Schneegeneratorenblockes mit hülsenförmigem Gehäuseelement,

Fig. 18 eine 3D-Ansicht eines Schnittes des hülsenförmigen Gehäuseelementes mitsamt Schneegeneratorenblock,

Fig. 19 eine 3D-Ansicht mit teilweiser Schnittdarstellung einer alternativen Ausführung des Schneegeneratorenblockes,

Fig. 20 bis 24 diverse Ansichten des Schneegeneratorenblockes gemäß Fig. 19,

Fig. 25 bis 27 schematische Darstellungen der Druckluftzufuhr, Wasserzufuhr und der jeweiligen Regelung,

Fig. 28 eine Draufsicht auf eine Kältewand,

Fig. 29 einen Schnitt durch die Kältewand,

Fig. 30 einen Detailausschnitt aus Fig. 29,

Fig. 31 Schnittdarstellungen und eine Draufsicht der Kältewand,

Fig. 32 die Darstellung gemäß Fig. 31 mit halb angehobener Abstreiferplatte,

Fig. 33 eine Darstellung gemäß Fig. 31 mit ganz angehobener Abstreiferplatte,

Fig. 34 bis 36 3D-Ansichten der Kältewand mit verschiedenen Stellungen der Abstreiferplatte und [0052] Fig. 37 eine schematische Darstellung einer Beschneiungsanlage.

[0053] In den in Schnittdarstellungen dargestellten Figuren entsprechen die Abmessungen (vor allem des lavalförmigen Düsenbereiches) maßstabsgerecht (Maßstab 1:1) den wahren Abmessungen eines Prototyps des erfindungsgemäßen Schneegenerators. Proportionale Änderungen der Abmessungen sind natürlich möglich. Es sind aber nicht nur proportionale Änderungen möglich, sondern es können auch Änderungen unter Berücksichtigung einer möglichst idealen Strömung bei einem optimalen Querschnittsflächenverlauf der Lavaldüse berücksichtigt werden. D. h., dass die Flächenquerschnittsverhältnisse der einzelnen Düsenbereiche zueinander proportional zu den aus den angegebenen Figuren errechenbaren Querschnittsflächen-Werten stehen können.

[0054] Fig. 1 zeigt beispielhaft einen erfindungsgemäßen Schneegenerator 1, der als wesentliche Bestandteile die Wasserzufuhr 5, den Luftzuführkanal 4, die Düse 3 und den Ausbringkanal 6 umfasst. Die Wasserzufuhr 5 ist dabei über die Versteilvorrichtung 18 im Gehäuse 8 des Schneegenerators verschiebbar, wodurch die Position der Wasseraustrittsöffnung 9 einstellbar 5/31 österreichisches Patentamt AT12197U1 2011-12-15 ist. Ein Teil des gesamten Gehäuses 8 bildet in diesem Ausführungsbeispiel den Luftzuführka-nal 4, welcher über den Mündungseingang 7 in die Düse 3 mündet. Diese Düse 3 weist einen konvergenten Bereich K und einen divergenten Bereich D auf, deren Übergangsbereich bzw. Engstelle den kritischen Punkt P bildet. Die Düse 3 selbst ist bevorzugt um die Düsenachse R rotationssymmetrisch ausgebildet.

[0055] Zu Fig. 1 passend ist in Fig. 8 schematisch der Schneeerzeugungsvorgang nach den Vorstellungen des Anmelders dargestellt. Dabei wird durch die Wasseraustrittsöffnung 9 ein Wasserstrahl WS als Vollstrahl entlang der Düsenachse R in Richtung kritischen Punkt P gebracht. Im Luftzuführkanal 4 ist durch die Pfeile der sich beschleunigende und verdichtende Luftstrom L dargestellt, welcher im bzw. kurz nach dem kritischen Punkt P durch die Lavalför-migkeit der Düse 3 auf Überschallgeschwindigkeit M beschleunigt wird, wodurch im bzw. kurz nach dem kritischen Punkt ein starker Druckabfall und Temperaturabfall gegeben ist und die vom Wasserstrahl WS mitgerissenen relativ großen Wassertropfen W zum Gefrieren gebracht werden, was zur Bildung von Schnee S führt. Je nach Düsengeometrie und nach Durchmesser des Wasserstrahles WS gelangt der Wasserstrahl WS bereits vor Erreichen des kritischen Punktes P in den Einflussbereich E des Luftstromes L, wodurch bereits eine gewisse leichte Einschnürung bzw. ein Auseinanderreißen des Wasserstrahles WS eintritt (gekennzeichnet durch die kleinen Punkte vor dem kritischen Punkt P). Der wesentliche Teil des Wasserstrahles WS wird allerdings erst im Bereich des kritischen Punktes P in relativ große Wassertropfen W zerrissen und ermöglicht somit beim Übergang vom konvergenten Teil K in den divergenten Teil D die Bildung von relativ großen Schneekristallen S in der Schneeausbringöffnung 6.

[0056] Im Gegensatz zur in Fig. 8 schematisch dargestellten unmittelbaren Schneebildung im divergenten Bereich D, hat sich bei Versuchen des Anmelders herausgestellt, dass die Bildung der großen Schneekristalle S direkt beim Düsenausgang aufgrund der sehr hohen Geschwindigkeiten im divergenten Bereich D noch nicht abgeschlossen ist, sondern erst weiter stromabwärts erfolgt. Der Anmelder will nicht auf die vorgeschlagene Theorie zur wissenschaftlichen Begründung der Erfindung eingeschränkt werden.

[0057] Im Folgenden sind beispielhaft Abmessungen für eine vom Anmelder eingesetzte Ausführungsform eines Schneegenerators angegeben, wobei diese Angaben theoretisch berechnete Werte sind, die in Betrieb des Schneegenerators bei Zuführung des Wasserstrahls in die Düse teilweise erheblich abweichen können: 1,2 kg/m3 1.4 1 bar 5.5 bar 8 mm 0,9 0,17 293,1 Kelvin (+20^) 0,50 cm2 0.71 cm2 9,49 mm 1,77 180,09 Kelvin (-93,01 «C) 6,54 kg/m3 0,05 kg/s 3,32 m3/min (55,29 l/s)

Luftdichte

Isentropenexponent Druck außen Druckdüse

Durchmesser Düsenengstelle Kontraktionszahl Druckverhältnis Temperatur vor Düse Fläche Düsenengstelle Fläche Düsenaustritt Durchmesser Düsenaustritt Mach-Zahl

Temperatur Ausströmung Luftdichte vor Düse Durchsatz

Durchsatzansaugung-Verdichter [0058] Der Fachmann erkennt, wie diese Daten im Rahmen der Erfindung modifiziert werden können.

[0059] Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die vorzugsweise aus Kunststoff gebildete Düse 3, wobei der divergente Bereich D zwei unterschiedliche und größer werdende Öffnungswinkel α und ß 6/31 österreichisches Patentamt AT12197U1 2011-12-15 gegenüber der Düsenachse R aufweist. Der Öffnungsquerschnitt kann dabei auch - ähnlich wie im konvergenten Bereich K - zumindest teilweise kurvenförmig sein.

[0060] Fig. 6 zeigt eine 3D-Schnittansicht der Düse 3 und Fig. 7 eine Frontansicht des Mündungseinganges 7 und somit den konvergenten Bereich K der Düse 3. Demgegenüber zeigt die Fig. 5 eine Rückansicht der Düse 3 mit der Ausbringöffnung 6.

[0061] Fig. 9 zeigt eine erste Ausführungsvariante eines Schneegeneratorblockes 19a, bei dem in einem gemeinsamen Gehäuse 8 drei Schneegeneratoren 1 mit einem gemeinsamen Luftzu-führkanal 4 ausgebildet sind. Die vorzugsweise auswechselbaren Düsen 3 können dabei beispielsweise in eine entsprechende Aufnahme des Gehäuses 8 eingeschraubt werden. In ähnlicher Weise können die einzelnen Wasserzufuhrdüsen 5 der einzelnen Schneegeneratoren 1 über die Verstellvorrichtungen 18 im Gehäuse 8 verschiebbar angeordnet und fixiert werden.

[0062] Fig. 10 zeigt eine Seitenansicht des Schneegeneratorblockes 19a gemäß Fig. 9, wobei in Fig. 11 der Schnitt durch die Fig. 10 dargestellt ist. Dabei ist nochmals ersichtlich, wie die einzelnen Wasserzufuhrdüsen 5 im Gehäuse 8 durch die Verstellvorrichtung 18 beispielsweise mit einer Klemmeinrichtung (mit Überwurfmutter und O-Ring) oder mit einem Gewinde verstellbar sind und die Wasseraustrittsöffnungen 9 zu den lavalförmigen Düsen in Richtung kritischen Punkt P gerichtet sind. Durch die axiale Verschiebbarkeit der einzelnen Wasserdüsen 5 ist eine sehr gute Anpassung an verschiedene Betriebszustände möglich. Je weiter die Wasserdüse 5 in die Lavaldüse 3 hineinragt, desto mehr saugt die Lavaldüse 3 durch den Luftstrom L das Wasser W aus der Wasserdüse 5 heraus, wodurch nur ein geringer Wasserdruck nötig ist. Durch die Zufuhr von Luft L und Wasser W in den Bereich des kritischen Punktes P entsteht in mehreren Schneeausbringöffnungen 6 des Schneegeneratorenblockes 19a Schnee S.

[0063] Wie in den Fig. 12 bis 16 ersichtlich ist, können mehrere Schneegeneratorenblöcke 19a gemäß Fig. 9 als bauliche Einheit zusammengeführt werden. Ein einzelner Schneegeneratorenblock 19a kann dabei natürlich auch mehr oder weniger als drei Schneegeneratoren 1 aufweisen. Auch die Anordnung im Gehäuse 8 ist beliebig. Aus diesen Fig. 12 bis 16 ist auch ersichtlich, dass jeder einzelne Schneegeneratorenblock 19a einen separaten Luftzuführkanal 4 aufweist und jeder Schneegenerator 1 eine separate Wasserzufuhr 5 aufweist.

[0064] Um auch bei relativ hohen Plusgraden (etwa zwischen +2 und +10¾) Schneeerzeugung zu ermöglichen, kann ein erfindungsgemäßer Schneegenerator 1 bzw. ein Schneegeneratorenblock 19a bis 19b in einem vorzugsweise hülsenförmigen Gehäuseelement 16 gemäß Fig. 18 angeordnet werden. Im linken Bereich des hülsenförmigen Gehäuseelementes 16 kann ein nicht dargestelltes Kühlaggregat vorgesehen sein, welches Kühlluft über die Kühlluftzuführung 17 in den Austrittbereich 26 des Schnees S bringt, was das Schmelzen des aus den Schneegeneratoren 1 austretenden Schnees S unterbindet.

[0065] Fig. 19 zeigt eine zweite alternative Ausführung eines Schneegeneratorenblockes 19b, wobei die einzelnen Schneegeneratoren 1 (gebildet durch die Düse 3, die Wasserzufuhr 5, den Luftzuführkanal 4 und die Ausbringöffnung 6) bevorzugt konzentrisch in einem gemeinsamen Gehäuse 8 angeordnet sind. Im Gehäuse 8 sind zwei Luftzuführkanäle 4 ausgebildet, die in einen gemeinsamen Druckraum führen und Luft L in die einzelnen Mündungseingänge 7 der lavalförmigen Düsen 3 leitet. Natürlich können auch weitere oder auch separate Luftzuführkanäle 4 zu den einzelnen Düsen 3 führen. Die im äußeren Ring angeordneten Wasserzuführdüsen 5 weisen eine gemeinsame Wasserzuführleitung 11 auf. Die mittlere Wasserzuführdüse 5 weist gemäß der gezeigten Ausführung eine eigene Wasserzuführleitung 11 auf.

[0066] In den Fig. 20 bis 24 sind weitere Ansichten der zweiten Ausführungsvariante des Schneegeneratorenblocks 19b dargestellt, wobei in Fig. 24 eine Frontansicht der konzentrisch angeordneten Düsen 3 dargestellt ist. Natürlich können auch noch mehrere weitere konzentrische Kreise im Gehäuse 8 des Schneegeneratorenblocks 19b angeordnet sein. Durch die konzentrische Anordnung mehrerer Düsen 3 kann der erzeugte und ausgeblasene Schnee S besser vor dem Einfluss der Umgebungswärme geschützt werden.

[0067] In Fig. 25 ist schematisch ein einzelner Schneegenerator 1 dargestellt, welcher von einer 7/31 österreichisches Patentamt AT12197U1 2011-12-15

Wasserversorgungsleitung 11 und einer Druckluftquelle 10 gespeist wird, wobei beide jeweils eine Regelung aufweisen können.

[0068] In Fig. 26 ist ein Schneegeneratorblock 19 mit mehreren Schneegeneratoren 1 dargestellt, wobei eine Druckluftquelle 10 für den Block 19 und für jeden Schneegenerator 1 separate Wasserversorgungsleitungen 11 vorgesehen sind, die jeweils abhängig oder unabhängig voneinander geregelt werden können.

[0069] In Fig. 27 sind mehrere Schneegeneratoren 1 bzw. Schneegeneratorenblöcke 19 vorgesehen, die jeweils unterschiedliche Druckluftquellen 10 bzw. Wasserversorgungsleitungen 11 aufweisen können, um beispielsweise über eine gemeinsame Steuer- oder Regeleinheit 24 die Erzeugung von Schnee S zu steuern bzw. zu regeln. Regelungstechnisch und Einstellungstechnisch können handelsübliche Drosseln, Druckventile etc. verwendet werden.

[0070] Fig. 37 zeigt schematisch eine Beschneiungsanlage 20, die zumindest einen Schneegenerator 1 bzw. einen Schneegeneratorblock 19 umfasst. Der in Fig. 37 dargestellte Schneegeneratorblock 19 wird von der Druckluftquelle 10 über die entsprechenden Leitungen und die Zuführkanäle 4 mit Luft L versorgt, die über die einzelnen Mündungseingänge 7 der Düsen 3 im kritischen Punkt P der Düse 3 auf Überschallgeschwindigkeit M beschleunigt wird. Von einem Wasseranschluss 23 aus gelangt Wasser W über Wasserversorgungsleitungen 11 in die Wasserzufuhr 5 und erreicht als Wasserstrahl WS über die Wasseraustrittsöffnung 9 den kritischen Punk P in der Düse 3, wobei es dort durch das Temperaturgefälle im Überschallbereich M in Schnee S umgewandelt wird und nach Verlassen der divergenten Schneeausbringöffnung 6 in den Austrittsbereich 26 der Beschneiungsanlage 20 gelangt. Das bevorzugt zumindest dort angeordnete hülsenförmige Gehäuseelement 16 weist eine Kühlluftzufuhr 17 auf, die den Austrittsbereich 26 zusätzlich kühlt. Das gesamte Gehäuseelement 16 oder auch nur der Schneegeneratorblock 19 kann auf einem entsprechenden Tragrahmen 25 (mit Stehern, Rädern oder Ähnlichem) gehalten und entsprechend bei oder auf der zu beschneienden Piste positioniert werden. Die Druckluftquelle 10 kann ein handelsüblicher Druckluftgenerator sein. Als Wasseranschluss 23 kann beispielsweise eine Hochdruckwasserleitung fungieren. Um ein möglichst automatisches Betreiben der gesamten Beschneiungsanlage 20 zu garantieren, kann eine Steuer- oder Regeleinheit 24 vorgesehen sein. Diese Steuer- oder Regeleinheit 24 kann beispielsweise direkt den Wasseranschluss 23 oder die einzelnen Wasserzufuhren 5 regeln. Zudem kann mit der Steuer- oder Regeleinheit 24 auch der Luftdruck L geregelt werden.

[0071] Weiters kann die Beschneiungsanlage 20 auch eine Kältewand 13 aufweisen, welche Kühlstäbe 14 und eine Abstreifplatte 15 umfasst. Dazu ist in Fig. 28 eine Frontansicht einer Kältewand 13 mit Kühlstäben 14 dargestellt. In der Schnittdarstellung gemäß Fig. 29 ist im plattenförmigen Grundbereich der Kältewand 13 eine Kühlflüssigkeitszufuhr 21 und eine Kühlflüssigkeitsabfuhr 22 ausgebildet, die die Kühlstäbe 14 über einen Kühlkreislauf mit Kühlflüssigkeit versorgen. Als zusätzliche Weiterbildung ist in den Fig. 31 bis 36 eine Abstreifplatte 15 vorgesehen, wobei durch Bewegung der Abstreifplatte 15 auf die Kältewand 13 geblasener Schnee S von den Kühlstäben 14 abgestreift werden kann. Diese Bewegung der Abstreifplatte 15 kann händisch durchgeführt werden. Bevorzugt erfolgt diese Abstreifung jedoch über nicht dargestellte elektrische oder hydraulische Verstellvorrichtungen für die Abstreifplatte 15. Durch regelmäßiges Abstreifen des Schnees S durch die Abstreifplatte 15 von den Kühlstäben 14 kann auch bei relativ hohen Plusgraden kompakter Schnee S erzeugt werden (siehe schematische Darstellung des abgestreiften und sich auf den Boden sammelnden Schnees S in Fig. 37). Die Kühlstäbe 14 an sich dienen dazu, im Auftreffbereich des Schnees S auf der Kältewand 13 eine zusätzliche Kühlung zu bewirken und das Schmelzen des gerade erst erzeugten Schnees S zu verhindern.

[0072] Aufgrund einer starken Kompression beim Aufprall des ausgeblasenen Schneestrahls auf die Kältewand 13, kann durch die Kompressionserwärmung der eben erst erzeugte Schnee S wieder schmelzen. Ein ähnliches Problem besteht aufgrund der Verdichtungsstöße beim wieder Erreichen der Unterschallgeschwindigkeit. Um dies zu verhindern, kann beispielsweise das hülsenförmige Gehäuseelement 16 einen geknickten Bereich aufweisen, wodurch sich die 8/31

Claims (18)

1. österreichisches Patentamt AT12197U1 2011-12-15 Ausströmung auffächert. Diese Expansionsauffächerung wird auch als Prandtl-Meyer-Expansion bezeichnet und wird im bereits erwähnten Lehrbuch „Technische Strömungslehre" unter Punkt 5.8 näher beschrieben. Bevorzugt kann daher vorgesehen sein, dass die das hülsenförmige Gehäuseelement 16 im Austrittsbereich 26 einen Knick mit einem Öffnungswinkel zwischen 5° und 40° aufweist. Dadurch reißt die Strömung nicht gänzlich ab und durch die entstehende Verdünnungswelle im Knickbereich der Strömung wird eine Dichteexpansion ohne starke Erwärmung erreicht und der Schnee S ist keiner Kompressionswärme ausgesetzt. Alternativ oder zusätzlich kann ein Teil der Kältewand 13 einen entsprechend ausgerichteten und geknickten Teil aufweisen. Weiters ist es möglich, nach dem Austrittsbereich 26 bzw. nach der dem Düsenausgang in einem Abstand zwischen 1 und 20 m eine separate geknickte Wand in an die Dimensionierung der Beschneiungsanlage 20 angepasster Größe anzuordnen, um die Kompressionswärme beim Abbremsen des Schneestrahls zu minimieren. Ansprüche 1. Schneegenerator für eine Beschneiungsanlage mit: - einer konvergent-divergent geformten Düse, die insbesondere rotationssymmetrisch um eine Düsenachse ausgebildet ist, - einem Luftzuführkanal, durch den ein Luftstrom in die Düse einbringbar ist, - einer Wasserzufuhr und - einer Schneeausbringöffnung, die mit dem divergent geformten Bereich der Düse in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser (W) über die Wasserzufuhr (5) in Form eines im Wesentlichen parallel zur Düsenachse (R) gerichteten Wasserstrahls (WS) in die konvergent-divergent geformte Düse (3) einbringbar ist.
2. 2. Schneegenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstrahl (WS) koaxial zur Düsenachse (R) in die konvergent-divergent geformte Düse (3) einbringbar ist.
3. 3. Schneegenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die konvergent-divergent geformte Düse (3) lavalförmig ausgebildet ist, wobei der Übergang vom konvergenten (K) zum divergenten Bereich (D) den kritischen Punkt (P) der lavalförmigen Düse (3) bildet, in bzw. kurz nach welchem der einbringbare Luftstrom (L) Überschallgeschwindigkeit (M) erreicht.
4. 4. Schneegenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der konvergente Bereich (K) der lavalförmigen Düse (3) im Längsschnitt kurvenförmig ausgebildet ist.
5. 5. Schneegenerator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstrahl (WS) in Richtung kritischen Punkt (P), vorzugsweise in den kritischen Punkt (P), der lavalförmigen Düse (3) einbringbar ist.
6. 6. Schneegenerator nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstrahl (WS) als Vollstrahl zum kritischen Punkt (P) der lavalförmigen Düse (3) gelangt.
7. 7. Schneegenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der divergente Bereich (D) der Düse (3) zumindest zwei unterschiedliche Öffnungswinkel (a, ß) aufweist.
8. 8. Schneegenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserzufuhr (5), vorzugsweise entlang der Düsensachse (R), relativ zur Düse (3) verstellbar in einem Gehäuse (8) des Schneegenerators (1) anordenbar ist.
9. 9. Schneegenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die, vorzugsweise düsenförmige, Wasserzufuhr (5) eine Wasseraustrittsöffnung (9) aufweist, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Düse (3) im Bereich des Überganges vom konvergenten Bereich (K) zum divergenten Bereich (D). 9/31 österreichisches Patentamt AT12 197U1 2011-12-15
10. 10. Schneegenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die vorzugsweise düsenförmige Wasserzufuhr (5) eine Wasseraustrittsöffnung (9) aufweist, welche im konvergenten Bereich (K) angeordnet ist.
11. 11. Schneegenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Wasseraustrittsöffnung (9) zwischen einem Mündungseingang (7) der Düse (3) und halbem Abstand zwischen Mündungseingang (7) und dem Übergang vom konvergenten (K) zum divergenten (D) Bereich liegt.
12. 12. Schneegenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Luftdruckquelle (10) der Luftdruck im Luftzuführkanal (4) des Schneegenerators (1) Steuer- bzw. regelbar ist, wobei in Betrieb der Luftdruck vor der Düse (3) um zumindest das Vierfache, vorzugsweise das Fünf- bis Siebenfache, höher ist wie nach der Düse (3).
13. 13. Schneegenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneeausbringöffnung (6) einstückig mit der konvergent-divergent geformten Düse (3) ausgebildet ist.
14. 14. Schneegeneratorenblock (19), gekennzeichnet durch zumindest zwei Schneegeneratoren (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Schneegeneratoren (1) in einem gemeinsamen Gehäuse (8) angeordnet sind und einen gemeinsamen Luftzuführkanal (4) aufweisen.
15. 15. Beschneiungsanlage (20), gekennzeichnet durch wenigstens einen Schneegenerator (1), insbesondere eine Vielzahl von insbesondere regelmäßig angeordneten Schneegeneratoren (1), nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder zumindest einem Schneegeneratorenblock (19) nach Anspruch 14, mit einer Druckluftquelle (10), die mit dem Luftzuführkanal (4) des wenigstens einen Schneegenerators (1) oder des Schneegeneratorenblocks (19) in Verbindung steht, und einer Wasserversorgungsleitung (11), die mit der Wasserzufuhr (5) des wenigstens einen Schneegenerators (1) oder des Schneegeneratorenblocks (19) in Verbindung steht.
16. 16. Beschneiungsanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschneiungsanlage (2) eine Kältewand (13) umfasst, auf die vom zumindest einen Schneegenerator (1) erzeugter und über die Ausbringöffnung (6) ausgeblasener Schnee (5) auftrifft.
17. 17. Beschneiungsanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältewand (13) eine Vielzahl von im Wesentlichen in Richtung Schneeausbringöffnung (6) weisenden Kühlstäben (14) und eine Schneeabstreifplatte (15) zum Abstreifen des ausgeblasenen Schnees (S) von der Vielzahl von Kühlstäben (14) aufweist.
18. 18. Beschneiungsanlage nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschneiungsanlage (2) im nach der Schneeausbringöffnung (6) angeordneten Austrittbereich (26) des Schnees (S) ein hülsenförmiges Gehäuseelement (16) mit Kühlluftzuführung (17) aufweist. Hierzu 21 Blatt Zeichnungen 10/31