CN101010463B - 大容量融雪装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种大容量融雪装置，具有料斗，料斗具有一个或多个连接到多个用于与雪、冰和水接触的组合散热管道的专用加热器/鼓风机单元，和连接到管道上用于辅助热交换并将热空气送往料斗中雪上的支管。将管道的末尾区段升高到料斗的上部区域，并具有用于充分和有效预热新的雪装载物的向下的排气口。贯穿热空气管道的热交换器通道使水在管道中热空气的路径上流动，大大增加管道的雪和冰融化效率。控制料斗底面中水浴的液位以覆盖管道和从料斗中排水。装置自备有封闭式燃料源、备用发电机和电控装置，并可安装在诸如拖车或卡车这样的运输工具上。可设计装置产生足够的BTU(英国热量单位)，以每小时融化500吨以上的雪。

Description

大容量融雪装置和方法

技术领域

总的来说，本发明涉及大型雪管理设备和方法，更具体地讲，本发明涉及融雪设备。

发明背景

在用于降雪时除雪和管理雪的方法和机器中，已采用各种方法来融雪，包括永久安装的表面加热系统、用于直接向雪层上施加热量的移动设备和设计用来容纳大量来自前端装载机或扫雪机的雪的热坑或热仓。大多数这种设备依靠热空气或水或两者的组合作为融化雪的主要热源。

在一种热空气融化机中，一个以上气源的热空气通过管道输送到位于雪容纳料斗底面或靠近底面的管网中，接触时融化雪，为了排水，使料斗底面适当的垂直。在热水型融化机中，热水管位于料斗底面或靠近底面，在一些情况下，热水管浸没在作为热交换器的水浴中。通过保护格栅使雪接触水浴。在一些设备中，搅动水浴中的水以促进均匀的热分布并提高融化过程中的热效率。来自热交换器的热气体也被排出到融雪室内。在一些热交换器型融化机中，融化的雪被循环用于连续供水。在另一种设备中，雪被装入到结合了燃烧器系统的装水的坑或熔化槽内。燃烧器通过浸在水中的管向下喷火。来自燃烧器的热燃烧产物与水混合并共同行进通过溢流管。冷却的气体逸出到大气中，热水被喷洒在雪上以促进进一步融化。

发明概述

本发明提供一种改进的融雪装置和方法，其中大容量的料斗配备有多个加热管道，每个加热管道都连接到热空气源上，并优选每个加热管道都连接到独立的热空气源上。上述管道被组合在一起，并具有：大体上沿水平方向布置的多个区段，这些区段平行延伸；或者大体上穿过料斗底面区域的其它结构，以形成与雪和冰直接接触的高能热区。每个管道还具有大体垂直的区段，该区段沿料斗的侧壁并在侧壁内部由水平区段的末端从料斗的下部区域向上延伸，并终止于对准料斗上部区域的向下通风出口或喷嘴中。管道在料斗中还处于相对的排列方式，一个以上热源位于料斗的每一端，并且垂直区段和向下通风出口位于料斗的每一端。管道的覆盖和热辐射基本遍及全部料斗底面区域和料斗的两端壁，加上上部区域中的向下通风出口，这形成了具有较高的热效率和能量效率的大容量融雪装置。有孔的保护格栅覆盖管道水平布置区段的至少一部分。通过控制排水利用流体动力使在料斗底面形成的水浴52保持在格栅上方或下方。

本发明还提供一种融雪装置，其具有用于容纳大量待融化的雪或冰的料斗，料斗具有底面和四个侧壁、由四个侧壁的顶部构成的开口、至少部分覆盖料斗开口的保护格栅、多个加热器/鼓风机单元，每个加热器/鼓风机单元有效地连接在穿过料斗的其中一个壁面延伸的管道上，每个管道具有靠近料斗底面延伸的区段，和靠近料斗侧壁从料斗底面向上延伸并终止于排气口中的区段，所述排气口向下通到料斗内且位于保护格栅下方。

本文参考附图进一步特别详细地描述了本发明的这些和其它方面。

附图说明

图1为按照本发明的设计原理构造的融雪装置的正视图；

图2为图1的融雪装置的顶视图；

图3为本发明融雪装置备选实施方案的透视图；

图4A、4B和4C分别为本发明融雪装置备选实施方案的顶视图、侧视图和端视图，和

图5A和5B分别为本发明融雪装置备选实施方案的平面图和正视图。

优选和备选实施方案详述

参照图，图中示出了一种融雪装置，该融雪装置通常用1表示，其包括通常用2表示的料斗。在形式上，示出的该料斗大体上为一矩形容器，其具有邻接的侧壁21、22、23和24以及底面25，它们构成内腔30，该内腔30设计成用来容纳大量诸如雪和冰这样的物质。尽管本发明不限制于任何特定尺寸、相对尺寸或尺寸范围，但用在如主要城市中和在较大机场处的大体积、大负载量(capacity)作业的商用融雪装置1的典型尺寸可为尺寸范围大约为5000-10000立方英尺的内腔30。一组典型的尺寸为侧壁21、23长三十(30)英尺，相对的端壁22和24长十二(12)英尺；四个侧壁21、22、23和24各自的顶部211、221、231和241大致终止于同一平面中，该平面例如可以是位于底面25上方十二(12)至十四(14)英尺处或任何其它合适高度尺寸处的平面。如图1所示，可在中心部分将侧壁21和23的顶部211和231向下切口，以形成用于任意类型的将雪装载或转移到内腔30中的附加间隙。底面25覆盖内腔30的延伸区域，并可伸出四个侧壁21、22、23或24中的任何一个之外，以安装进一步描述的附加设备。总体来说，在这里将构成内腔30的四个侧壁21、22、23和24以及底面25以替代和概括的方式称为“料斗”，该料斗用于容纳要融化的雪和冰。为实现负载容量、热效率和基本不透水作业，可用材料的合适结构和绝热层来构造侧壁21、22、23和24以及底面25，所有这些都将进一步描述。

内腔30内安装有多个管道40，管道40也称为管道组件，优选该管道呈钢管形式，例如其可以为具有任何合适直径但优选外径在4英寸-10英寸范围内或更大的Schedule Forty钢管。每个管道40都具有大体水平的区段或部分42，该区段或部分42在内腔30内底面25的延伸区域上方延伸。并且如图所示，优选该区段的大部分长度在内腔30的端壁22和24之间延伸。管道40可按任何合适的布置方式组合，包括如图所示那样并行延伸，或以其它方式嵌套在一起或以形成矩阵的方式连接到一起，来基本覆盖底面25的延伸区域，以提供直接接触雪和冰的高热能面。而且如图所示，管道的任何区段都(包括区段42)都可具有变化的尺寸或直径，以增加接触雪和冰的热表面积的数量。开孔的保护格栅50覆盖管道40的水平区段42。每个管道40都还具有垂直区段44，垂直区段44从靠近端壁22和24内部的水平区段42的末端向上延伸，并通过格栅50，终止于向下的通风排气口46，该通风排气口朝向内腔30的上部区域，且优选垂直区段44在侧壁21、22、23和24中。管道40的向下通风排气口46也称为排气口，这些排气口共同在料斗2的上部区域中形成了充分加热的气团，该气团立即对新装载的雪起作用，以使雪在到达水浴52和管道40的水平区段42前融化，或另外升高装入物的周围温度。上部保护格栅55在末端处连接在料斗壁的顶端上，以覆盖垂直区段44和向下通风排气口46，从而在将雪装入到料斗内时使他们不会接触雪。

优选每个管道40都通过各自的端壁22、24连接到独立的专用强制加热风源上，这样的风源可以为诸如用60表示的加热器/鼓风机单元这样的装置。加热器/鼓风机单元60优选为像能以商业方式获得的那样的带有集成鼓风机的燃油燃烧器，并可成组地联合和排列以产生相对于内腔30体积而言的充足BTU(British Thermal Unit英国热量单位)。优选地，加热器/鼓风机单元60每小时累积产生范围在9000000-80000000的BTU(英国热量单位)。每个加热器/鼓风机单元60都单独地通过各自的端壁22、24用管直接输送流体，以与各自的管道组件40实现直接的流体连通。如图1所示，加热器/鼓风机单元60的鼓风机61可安装在加热器单元62上方，或与之集成到一起，这取决于所用的模式。可根据料斗尺寸和其它设计因素变换加热器/鼓风机单元60的数目，例如，如图3中所示实施方案，总共具有8个加热器/鼓风机单元，四个位于靠近料斗的每个端壁位置处。本发明还考虑使用较少用管连接到多个管道或管道组件的加热器/鼓风机单元，或单个用管连接到多个加热器单元的强制风源。为了优化融化效率，为每个管道组件40设置单独的强制加热风源能获得非常高的每管道BTU(英国热量单位)输出量。例如，根据设计的每个加热器/鼓风机单元60的BTU(英国热量单位)输出量的不同，风源温度可在管道40中产生1000-1200°F范围内的温度，在排气口46处产生范围大致在300-600°F的排气温度，并且在水浴52中管道40的水平区段42中产生200-300°F范围的平均温度。

加热器/鼓风机单元60优选位于靠近料斗2的侧壁21、22、23、24和底面25的伸出部分内，侧壁21、22、23、24和底面25的伸出部分形成罩71和72，该罩可以在例如料斗2的相对端处。每个罩71、72都设有检修孔盖板或通道73。可使罩71具有所需的尺寸，以容纳附加的辅助设备，该辅助设备例如可以为具有与每个加热器/鼓风机单元60连接的燃料连接部分(未示出)的一个以上燃料供应槽75；诸如发电机和/或直流(DC)蓄电池组这样的辅助电源76，和电源控制面板77。该电源控制面板包括用于共同和分别控制加热器/鼓风机单元60的电力供应的开关、继电器、断路器，和任何其它电气附件，这些电气附件例如为照明设备、任意类型的传感器、报警器，和用于控制侧壁21、22、23或24或贯通底面25(through bottom)中的一个或多个排水阀80的水阀控制装置，以控制料斗内相对于格栅50的水浴52深度，来优化热效率。

图4A和4B图示了本发明的备选实施方案，其中料斗2装备有连接在管道组件400的加热器/鼓风机60。尽管显示装备有两个加热器/鼓风机60，每个加热器/鼓风机60都有效地连接在相应管道组件400上，但可通过使用唯一的单个加热器/鼓风机或其它强制式热空气源结合唯一的单个管道组件、或具有多个连接管道组件400的两个以上加热器/鼓风机60来实施本发明。管道组件400各自具有主入口管道区段401，该区段具有相对较大的直径或横截面，以优化气流和通过管道壁面到料斗中雪的传热。较大尺寸的入口区段401在料斗2靠近底面25的大部分长度上延伸，但其可具有任何长度或结构。主入口区段401通过锥体402通往相对较小的区段403、垂直区段404和具有排气口406的向下通风区段405。向下通风区段405和排气口406优选位于料斗的上部区域内，以便将热空气向下引导至料斗2的雪和冰内含物上。这里在提及各种所述和要求的管道组件时使用的术语“有效连接”和“连接”定义了管道和管状区段形成自加热器/鼓风机单元通过料斗2并进入料斗2的连续或不连续的空气通路的连接。

从入口区段401伸出的还有支管410，其具有分流区段411、回行区段412和沿料斗2的长度延伸的主区段413，主区段413优选位于料斗的上部区域和相应主人口管道401的上方。如图4A所示，支管410还可沿侧向位于相应主入口管道401的外部，并由固定在料斗邻接壁面内部的附件或任何其它合适的机械支架或附件来支撑。沿主区段413的长度设有多个热交换器通道414。热交换器通道414为下述一种形式的管子或流体管道，即其使水可以流过主区段413的大部分横截面，主区段413中流动着热空气，这样就加热了热交换器通道414中存在的水。热交换器通道414大大提高了装置1的融化效率。可在管道组件400各个区段的任何一个中提供任意大小或方向的附加热交换器通道414，管道组件400在操作过程中的任何时刻都可完全或部分浸没。这里使用的术语“热交换器通道”是指管道组件的管道中或另外在来自加热器/鼓风机单元或其它强制加热空气源的热空气流中的任何水通道或腔室。在一个具体的实施方案中，热交换器通道414为管子的形式，管端固定在支管410的壁面中，以贯穿支管任何区段的横截面。热交换器通道414可具有任意尺寸或允许水流动或充满其中的任何结构。可以类似的方式构造其它的或辅助的支管，将其设置在料斗内，并使其自主入口管道指向或分流，或直接连接到同一个或单独的强制热空气源上。如在其它实施方案的中一样，上部保护格栅55在末端处连接在料斗壁面的顶端，以覆盖垂直区段44和向下通风排气口46，从而在将雪装入到料斗内时使它们不接触雪。

在使用和操作中，可通过例如拖车或轨道车，或现场组装的零件将融雪装置1运送和安装在任何合适的位置处，。图4A-4C中示出装置1，该装置安装在定位于拖车底座101上的平板载货车或多轮轴矮型道路拖车100上，料斗通常与拖车长度对齐。当安装在如图所示的多轮轴矮型拖车上时，减小装置1和侧壁22、24顶部边缘的总高度，以便于用前端装载机为料斗加载负载。从而，可定位该装置，以接近排水基础设施，或可将软管连接在水浴排水口上。水浴可用小的预负荷进入启动状态，并点燃燃烧器和启动鼓风机。监测热源、管道的工作温度和料斗中的环境温度开始满功率和全速连续融化的最小值，在此温度用装载机、输送机或适合于移动雪和冰的任何其它合适材料装卸系统将装载物输送到料斗内。

图5A和5B图示了本发明融雪装置1的备选实施方案，其具有多至6个或以上的加热器/鼓风机单元60，每一个加热器/鼓风机单元60都连接在位于如前所述的料斗2内的管道组件500上。每个管道组件500都具有主入口区段501，主入口区段501连接在加热器/鼓风机单元上，并沿着靠近料斗底面25的料斗的大部分长度延伸，但其可具有任何长度或结构。可使主入口区段501的体积或横截面尺寸大于管道组件500的其它区段，以处理直接来自相连的加热器/鼓风机60的气流，并使料斗2底面附近的传热最大化，优选主入口区段501位于料斗的底面附近。每个主入口区段501都通过例如回行区段524连接在多支管或双支管502上。双支管502具有两个管道504，这两个管道例如可以呈开口管道的大致直线区段形式，它们通常与相应的主入口区段501对齐或平行于它们。在这个实施方案中，每个回行区段524都具有连接在主入口区段501锥形端5011的单个开口端，并分成两个相对端，每一个相对端都连接在管道504的端部上。管道504的每个直线区段都在相对端处连接在向上延伸或垂直的区段505上。垂直区段505的上端例如通过分流区段556连接在向下延伸的排气管或排气口506上，它的气流通往料斗2的内部。从而管道组件500的双支管502有效地将来自每个加热器/鼓风机单元60的热气流分开和分配，以增加料斗2内部的传热并扩大通到料斗2和包含在其中的雪和冰内的加热废气的分布。可在双支管502中，例如在直线区段504中，设置与前述热交换器通道414相同或类似的热交换器通道503，以使充满热交换器通道503的水与支管502中的热空气可以进行热交换，即加热，从而大大增加装置的融化效率。尽管这个具体的实施方案提到双支管502，但从主入口区段501延伸的其它支管布置方式也在本发明的范围内，这包括从主入口501延伸的两个以上的直线或非直线形区段，并且支管具有相应的排气管或排气口和热交换器通道。利用任何特定的鼓风机和支管结构，可使料斗2具有类似于其它实施方案的尺寸，并具有相同的工作部件，这些工作部件例如有燃烧器室和控制室、水浴和排水系统，以及拖车底架。

图6A、6B和6C图示了本发明融雪装置的备选实施方案，其中料斗2装备有位于料斗一个壁面处的两个加热器/鼓风机单元60。每个加热器/鼓风机单元60都有效地连接到管道组件上，管道组件通常用600表示，其位于料斗2内。每个管道组件600都具有主入口管道601，主入口管道601在料斗2的下部区域中沿着料斗2的大部分长度延伸。主入口管道601的末端装有通往多支管区段606的回行管道604。在如图6C所示的这个具体实施方案中，有四个通过回行管道604与主入口管道601连接的支管区段606。支管区段606也在料斗2的大部分长度上延伸，其大体上平行于主入口管道601，这种情况下是在主入口管道601的两侧上。这种布置方式使大部分管道组件600位于料斗的下部区域中，以在保护格栅55下面形成紧凑的组装和包装，并提高了料斗2的容量。每个支管区段606都在与回行区段604相对的端部处有效地连接在垂直区段608上，垂直区段608从料斗2的下部区域延伸到料斗2的上部区域，并连接到向下通往料斗2的排气口610上。更具体地说，如图6C所示，侧向布置的成对支管606通过连接区段6061和6062连接在单个垂直区段608上。每个支管区段606都装备有所述的热交换器通道414，在这种情况下，热交换器通道414与垂直方向成余角，以便使与料斗2中环绕管道组件600的水的热交换最佳。使用具有各自加热器/鼓风机单元60的多支管区段606还提高了装置1的热效率，使得可以紧凑地包装料斗2内的管道组件，并紧缩料斗2的尺寸，这有利于如图所示的拖车安装或有利于临时或永久安装。主入口管道601横截面和线性体积的尺寸优选大于管道组件600其它区段或管道的尺寸，以优化通过管道组件的气体流动和热交换。

尽管已参照具体的实施方案和其变体对本发明进行了说明，但是可以对本发明做其它的变换和改进，然而这些变换和改进落在本发明的范围和概念原理内，并落在权利要求的范围以及等同范围内。

Claims (36)

1.一种融雪装置，其包括

用于容纳待融化至液态或半液态的雪或冰的料斗；

连接到多个管道的多个加热器/鼓风机单元，多个管道与料斗热连通以将热量传递到料斗中容纳的雪或冰上，每个管道都具有位于料斗下部区域中的区段，和从料斗下部区域延伸至料斗上部区域并终止于料斗上部区域中的排气口的区段。

2.如权利要求1所述的融雪装置，其中料斗大体呈矩形，其具有相对的侧壁和相对的端壁，并且其中管道的区段在相对端壁之间延伸。

3.如权利要求2所述的融雪装置，其中加热器/鼓风机单元位于料斗外部，靠近端壁。

4.如权利要求2所述的融雪装置，其中管道的一个区段靠近其中一个端壁，从料斗的下部区域延伸到料斗的上部区域。

5.如权利要求1所述的融雪装置，其中每个管道都与独立的专用加热器/鼓风机单元热连通。

6.如权利要求1所述的融雪装置，其中管道在料斗的下部区域中组合在一起。

7.如权利要求1所述的融雪装置，其中管道的排气口位于靠近料斗端壁的位置处。

8.如权利要求1所述的融雪装置，该装置还包括覆盖每个管道的区段的格栅。

9.如权利要求1所述的融雪装置，该装置还进一步包括靠近料斗的至少一个罩。

10.如权利要求9所述的融雪装置，该装置还进一步包括一个位于罩内的燃料源。

11.如权利要求1所述的融雪装置，该装置还包括在管道排气口上方的一个保护格栅。

12.如权利要求1所述的融雪装置，该装置包括至少八个加热器/鼓风机单元，每个单元都连接在与料斗热连通的管道上。

13.一种融雪装置，其具有用于容纳大量待融化的雪或冰的料斗，料斗具有底面和四个侧壁、由四个侧壁的顶部构成的开口、至少部分覆盖料斗开口的保护格栅、多个加热器/鼓风机单元，每个加热器/鼓风机单元有效地连接在穿过料斗的其中一个壁面延伸的管道上，每个管道具有靠近料斗底面延伸的区段，和靠近料斗侧壁从料斗底面向上延伸并终止于排气口的区段，所述排气口向下指向料斗内并位于保护格栅下方。

14.如权利要求13所述的融雪装置，其中加热器/鼓风机单元靠近料斗的端壁。

15.如权利要求13所述的融雪装置，其中靠近料斗底面延伸的管道区段是组合在一起的。

16.如权利要求13所述的融雪装置，该装置还包括格栅，该格栅覆盖靠近料斗底面延伸的管道区段。

17.如权利要求13所述的融雪装置，其中所述的多个管道区段具有不同的尺寸。

18.如权利要求13所述的融雪装置，其中该装置包括至少八个加热器/鼓风机单元。

19.如权利要求13所述的融雪装置，该装置还包括集成的燃料源和控制系统。

20.如权利要求13所述的融雪装置，还进一步包括在料斗内的一个排水系统和一个排水控制系统。

21.一种融雪装置，包括：

料斗，该料斗具有底面和四个邻接垂直壁，四个垂直壁从底面延伸出来形成容纳雪的内腔；

强制热空气源，该强制热空气源在料斗壁面外部，并连接在位于料斗中的主入口管道上；

主入口管道，该主入口管道连接在延伸至料斗上部区域的垂直区段和排气口端部，排气口端部通往料斗；

和连接在主入口管道上的支管。

22.如权利要求21所述的融雪装置，其中支管包括从主入口管道延伸的分流区段，回行区段和主干区段。

23.如权利要求21所述的融雪装置，该装置包括两个以上加热器/鼓风机单元。

24.如权利要求21所述的融雪装置，其中支管在与垂直区段有间隔的点处从主入口管道延伸出来。

25.如权利要求21所述的融雪装置，其中支管还进一步包括一个或多个热交换器通道。

26.如权利要求21所述的融雪装置，其中主入口管道还进一步包括一个或多个热交换器通道。

27.如权利要求21所述的融雪装置，其中支管包括两个或多个从主入口管道延伸出来的空气流管道。

28.如权利要求21所述的融雪装置，其中支管包括至少一个与主入口管道平行的区段。

29.如权利要求25所述的融雪装置，其中热交换器通道呈贯穿支管横截面的管子形式。

30.一种雪和冰的融化装置，包括：

具有容纳雪和冰的内腔的料斗；

两个以上加热器/鼓风机单元，每个加热器/鼓风机单元有效地连接在位于料斗内的管道组件上；

每个管道组件都具有一个主入口区段、一个大体垂直的区段和一个排气口，排气口位于料斗的上部区域，并向下通到料斗的内腔中，和至少一个从主入口区段延伸的支管。

31.如权利要求30所述的雪和冰融化装置，其中至少一个支管包括两个或多个管道区段。

32.如权利要求30所述的雪和冰融化装置，还进一步包括管道组件中的一个或多个热交换器通道。

33.如权利要求30所述的雪和冰融化装置，其中支管还进一步包括至少一个热交换器通道。

34.如权利要求30所述的雪和冰融化装置，其中支管位于管道组件的主入口区段和垂直区段之间。

35.如权利要求30所述的雪和冰融化装置，其中支管包括四个连接到主入口管道的大体呈直线形的区段。

36.一种融雪装置，包括：

具有容纳雪和冰的内腔的料斗；

位于料斗外部的两个加热器/鼓风机单元，每个加热器/鼓风机单元有效地连接在位于料斗内的管道组件上；

每个管道组件都具有位于料斗下部区域中的主入口管道，和四个通过回行区段有效地连接在主入口管道上的支管区段，四个支管区段大体平行于主入口管道布置，并位于料斗的下部区域中，每个支管区段都有效地连接在从料斗的下部区域延伸到料斗上部区域的垂直区段上，和有效地连接在每个垂直区段的排气口；支管区段还进一步包括热交换器通道。

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