RU2592312C1

RU2592312C1 - Microwave device for protection of roof of ice crusts and icicles

Info

Publication number: RU2592312C1
Application number: RU2015121050/03A
Authority: RU
Inventors: Гурам Николаевич Ахобадзе
Priority date: 2015-06-03
Filing date: 2015-06-03
Publication date: 2016-07-20

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to construction, in particular, to devices for protection of roof of ice crusts and icicles. In device for protection of roof of ice crusts and icicles containing microwave generator, microwave radiator and power supply unit, includes microwave valve and thermal unit. Microwave radiator is in form of rectangular waveguide with one open wide wall fixed on edge of roof, wherein output of microwave generator is connected to inlet valve, outlet valve is connected to input of rectangular waveguide, output of rectangular waveguide is connected to input of thermal unit, output of thermal unit is connected to input of power supply unit, which output is connected to input of microwave generator.

EFFECT: technical result of proposed technical solution is increased functionality of device and reduced loss of microwave power at heating roof edge with ice crusts and icicles.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами в технических системах, строительном производстве и коммунальном хозяйстве.The invention relates to the field of measuring equipment and can be used in process control systems in technical systems, construction industry and utilities.

Известно устройство защиты кровли от наледи и сосулек, включающее в себя магистраль подвода теплоносителя, образующую замкнутый контур, испаритель и теплоноситель, при этом магистраль подвода теплоносителя состоит из подающего газопровода, газопровода конденсации, конденсатопровода, причем соединение испарителя с газопроводом и конденсатопроводом выполнено с возможностью испаренного в испарителе теплоносителя по подающему газопроводу попадать в газопровод конденсации, который выполнен с возможностью теплообмена с элементами кровли или элементами системы водостока, в котором теплоноситель конденсируется, и по конденсатопроводу в жидкой фазе попадать в испаритель, испаритель размещен в тепловом потоке, а устройство герметично и выполнено с возможностью установки приборов или систем контроля параметров теплоносителя. В этом устройстве (см. RU 2463415 C2, 10.10.2012) на основе использования свойств подогрева, конденсации и испарения обеспечивается защита кровли от наледи и сосулек. Недостатком этого известного устройства является конструктивная сложность, связанная с организацией магистрали подвода теплоносителя.A device is known for protecting the roof from icing and icicles, which includes a heat supply line forming a closed loop, an evaporator and a heat carrier, while the heat supply line consists of a supply gas pipe, a condensation gas pipe, a condensate pipe, and the evaporator is connected to the gas pipe and the condensate pipe with the possibility of evaporated in the coolant evaporator, enter the condensation gas pipeline through a supply gas pipeline, which is made with the possibility of heat exchange with whether or by elements of the drainage system in which the coolant condenses, and into the evaporator in the liquid phase through the condensate line, the evaporator is placed in the heat flow, and the device is hermetically sealed and configured to install instruments or systems for monitoring the parameters of the coolant. In this device (see RU 2463415 C2, 10.10.2012) based on the use of the properties of heating, condensation and evaporation, the roof is protected from frost and icicles. The disadvantage of this known device is the structural complexity associated with the organization of the supply line of the coolant.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятое автором за прототип устройство для предотвращения образования наледи и сосулек (см. RU 2459055 C2, 20.08.2012).The closest technical solution to the proposed one is the device adopted by the author for the prototype to prevent the formation of ice and icicles (see RU 2459055 C2, 08.20.2012).

Одна из двух модификаций этого устройства - антиобледенитель на основе СВЧ-излучения включает в себя СВЧ-излучатель, кронштейны, край кровли, горловину водостока, электронный блок управления с микрочипом, датчики температуры и влажности, дистанционный выключатель и кабель электропитания. Данный антиобледенитель расположен над водостоком на крыше, представленном как круглый волновод, запертый на нижнем конце водостока защитной сеткой. Здесь для подогрева водостока с помощью СВЧ-излучения оператор дистанционно по сигналам, поступившим с датчиков температуры и влажности, включает антиобледенитель, который далее поддерживает рабочий режим в водостоке по предотвращению образования в нем наледи и сосулек.One of the two modifications of this device - a microwave-based de-icer includes a microwave emitter, brackets, a roof edge, a drain neck, an electronic control unit with a microchip, temperature and humidity sensors, a remote switch and a power cable. This defroster is located above the gutter on the roof, presented as a circular waveguide, locked at the lower end of the gutter with a protective net. Here, to heat the drain using microwave radiation, the operator remotely activates the de-icer according to the signals from temperature and humidity sensors, which further maintains the operating mode in the drain to prevent the formation of ice and icicles in it.

Недостатком этого антиобледенителя можно считать неэкономичность использования СВЧ-мощности при подогреве рабочей зоны в водостоке из-за необходимости расположения СВЧ-излучателя в открытой горловине водостока.The disadvantage of this deicer can be considered the inefficiency of using microwave power when heating the working area in the drain due to the need for the location of the microwave emitter in the open mouth of the drain.

Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение эффективности удаления наледей и сосулек и уменьшение потери СВЧ-мощности при подогреве края кровли.The technical result of the claimed technical solution is to increase the efficiency of removing icing and icicles and to reduce the loss of microwave power when heating the edge of the roof.

Технический результат достигается тем, что в СВЧ-устройство для защиты кровли от наледей и сосулек, содержащее СВЧ-генератор, СВЧ-излучатель и блок питания, введены СВЧ-вентиль и термический блок, СВЧ-излучатель выполнен в виде прямоугольного волновода с одной открытой широкой стенкой, закрепленного на крае кровли, причем выход СВЧ-генератора соединен с входом вентиля, выход вентиля подключен к входу прямоугольного волновода, выход прямоугольного волновода соединен с входом термического блока, выход термического блока подключен к входу блока питания, выход которого соединен с входом СВЧ-генератора.The technical result is achieved by the fact that in the microwave device for protecting the roof from icing and icicles, containing a microwave generator, a microwave emitter and a power supply, a microwave valve and thermal block are introduced, the microwave emitter is made in the form of a rectangular waveguide with one open wide a wall mounted on the edge of the roof, and the output of the microwave generator is connected to the input of the valve, the output of the valve is connected to the input of the rectangular waveguide, the output of the rectangular waveguide is connected to the input of the thermal block, the output of the thermal block is connected to the input power supply, the output of which is connected to the input of the microwave generator.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что внутренний подогрев края кровли СВЧ-мощностью, через контактирующий с нижним краем кровли прямоугольный волновод с одной открытой широкой стенкой, дает возможность предотвратить образования наледи и сосульки на крае кровли.The essence of the claimed invention, characterized by a combination of the above features, is that the internal heating of the edge of the roof with microwave power, through a rectangular waveguide in contact with the bottom edge of the roof with one open wide wall, makes it possible to prevent the formation of ice and icicles on the edge of the roof.

Наличие в заявляемом устройстве совокупности перечисленных существующих признаков, позволяет решить задачу предотвращения образования наледи и сосулек на краю кровли путем подогрева края кровли СВЧ-мощностью через открытую широкую стенку прямоугольного волновода, закрепленного открытой широкой стенкой на край кровли с желаемым техническим результатом, т.е. повышением эффективности удаления наледей и сосулек и уменьшением потери СВЧ-мощности.The presence in the inventive device of the totality of the listed existing signs allows us to solve the problem of preventing the formation of ice and icicles on the edge of the roof by heating the edge of the roof with microwave power through an open wide wall of a rectangular waveguide, which is fixed by an open wide wall to the edge of the roof with the desired technical result, i.e. increasing the efficiency of removing icing and icicles and reducing the loss of microwave power.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.The drawing shows a functional diagram of the proposed device.

Данное устройство содержит блок питания 1, СВЧ-генератор 2, СВЧ-вентиль 3, соединенный выходом с входом прямоугольного волновода 4, и термический блок 5.This device contains a power supply 1, a microwave generator 2, a microwave valve 3 connected by the output to the input of a rectangular waveguide 4, and a thermal block 5.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. СВЧ-мощность (сверхвысокочастотные колебания) с выхода СВЧ-генератора 2 поступает на вход вентиля 3. Сверхвысокочастотный сигнал (мощность) с выхода последнего далее поступает в СВЧ-излучатель 4, выполненный в виде прямоугольного волновода с открытой широкой стенкой (у волновода открыта только одна стенка). Согласно предлагаемому техническому решению прямоугольный волновод с открытой широкой стенкой закрепляется на край металлической кровли (внутренняя сторона края кровли) против поверхности края кровли (верхняя сторона края кровли), где могут образоваться наледи и сосульки. В этом случае при поступлении в волновод определенной величины мощности край кровли будет подогреваться СВЧ-мощностью, подводимой к волноводу. В итоге, волновод, закрепленный на внутренней стороне края металлической кровли, нагревая, сам создаст тепловую зону по длине и ширине волновода на краю кровли, где могут быть предотвращены образования наледей и сосулек на наружном краю кровли. Другими словами, волновод с краем кровли в зависимости от температуры атмосферного воздуха и наличия массы на кровле снежного покрова можно подогреть (внутренний подогрев) так, чтобы в зоне действия подводимой к волноводу СВЧ-мощности обеспечить таяние снега, наледи и сосулек на краю металлической кровли.The proposed device operates as follows. Microwave power (microwave oscillations) from the output of the microwave generator 2 is fed to the input of the valve 3. The microwave signal (power) from the output of the latter then goes to the microwave emitter 4, made in the form of a rectangular waveguide with an open wide wall (only one is open at the waveguide wall). According to the proposed technical solution, a rectangular waveguide with an open wide wall is fixed to the edge of the metal roof (inner side of the edge of the roof) against the surface of the edge of the roof (upper side of the edge of the roof), where ice and icicles can form. In this case, when a certain amount of power is supplied to the waveguide, the edge of the roof will be heated by the microwave power supplied to the waveguide. As a result, the waveguide, mounted on the inner side of the edge of the metal roof, heating itself will create a thermal zone along the length and width of the waveguide at the edge of the roof, where ice and icicles on the outer edge of the roof can be prevented. In other words, a waveguide with a roof edge, depending on the temperature of the atmospheric air and the presence of mass on the snow cover, can be heated (internal heating) so that in the zone of operation of the microwave power supplied to the waveguide, snow, ice and icicles melt at the edge of the metal roof.

Для эффективной работы СВЧ-генератора в данном устройстве предусмотрена развязка отраженной от полости волновода волны (узкой стенки волновода) в сторону генератора посредством волноводного вентиля. Благодаря последнему указанная отраженная волна не может распространяться обратно в сторону генератора, т.е. волноводный вентиль будет пропускать электромагнитную волну только в сторону прямоугольного волновода.For efficient operation of the microwave generator, this device provides isolation of the wave reflected from the cavity of the waveguide (narrow waveguide wall) towards the generator by means of a waveguide gate. Thanks to the latter, the indicated reflected wave cannot propagate back towards the generator, i.e. the waveguide gate will only transmit an electromagnetic wave in the direction of a rectangular waveguide.

В данном техническом решении для обеспечения термостатировния (поддерживание постоянной температуры) подогреваемой зоны края кровли (рабочей зоны подогретого волновода) используется термический блок 5, содержащий реле с нормально замкнутыми и разомкнутыми контактами и ртутный термометр с встроенными контактами (контактный термометр). Назначением данного термического блока является измерение температуры (контактным термометром) в полости прямоугольного волновода и включение и отключение блока питания 1 от сети, питающего СВЧ-генератор. Чувствительный элемент контактного термометра через отверстие помещается в волновод.In this technical solution, to ensure thermostating (maintaining a constant temperature) of the heated area of the roof edge (the working area of the heated waveguide), a thermal unit 5 is used, containing a relay with normally closed and open contacts and a mercury thermometer with built-in contacts (contact thermometer). The purpose of this thermal unit is to measure the temperature (contact thermometer) in the cavity of a rectangular waveguide and turn on and off the power supply 1 from the mains supplying the microwave generator. The sensitive element of the contact thermometer through the hole is placed in the waveguide.

Для измерения температуры и ее автоматического регулирования контакты термометра предварительно устанавливают на делении его шкалы, совпадающем с требуемой температурой. По принципу действия этого термометра, при отсутствии нужной температуры в полости волновода, необходимой для таяния наледи и сосулек на краю кровли, контакты термометра размыкаются. При такой низкой температуре блок питания через нормально замкнутые контакты реле включается в сеть, т.е. обеспечивается питание СВЧ-генератора. Далее по мере нагрева края кровли СВЧ-мощностью высота столбика ртути в термометре увеличивается. Когда температура достигает требуемого значения, ртуть замыкает контакты термометра (замыкаются контакты). При этом замыкается цепь постоянного тока, питающего реле. Срабатывание реле приводит к замыканию нормально разомкнутых его контактов (размыканию нормально замкнутых его контактов). Тем самым отключается блок питания от сети, т.е. подогрев края кровли прекращается. Если температура от заданного значения снижается, контакты термометра размыкаются, реле выключается, вновь замыкаются нормально замкнутые контакты реле и подогреватель (СВЧ-генератор) включается. Следовательно, при таком нагреве осуществляется автоматическое регулирование температуры в зоне действия прямоугольно волновода.To measure the temperature and its automatic regulation, the contacts of the thermometer are pre-set on the division of its scale, which coincides with the required temperature. According to the principle of operation of this thermometer, in the absence of the required temperature in the cavity of the waveguide necessary to melt the ice and icicles on the edge of the roof, the contacts of the thermometer open. At such a low temperature, the power supply through the normally closed relay contacts is connected to the network, i.e. microwave power is provided. Further, as the edge of the roof is heated by microwave power, the height of the column of mercury in the thermometer increases. When the temperature reaches the desired value, mercury closes the contacts of the thermometer (contacts are closed). This closes the DC circuit supplying the relay. The operation of the relay leads to the closure of its normally open contacts (opening of its normally closed contacts). Thereby, the power supply is disconnected from the network, i.e. heating of the edge of the roof stops. If the temperature decreases from the set value, the thermometer contacts open, the relay turns off, the normally closed relay contacts close again and the heater (microwave generator) turns on. Therefore, with such heating, automatic temperature control in the zone of operation of the rectangular waveguide is carried out.

Цепи питания блока питания и реле могут быть запитаны через понижающий трансформатор с выпрямлением от сети переменного тока напряжением 220 В.The power supply circuits of the power supply unit and the relay can be powered through a step-down transformer with rectification from an AC voltage of 220 V.

В летнее время сезона и в период отсутствия в зимнее время наледей и сосулек на кровли крыши, а также снежного покрова на кровли крыши, блок питания и реле должны иметь возможность на дистанционное обесточивание от сети переменного тока с помощью инфракрасного пульта управления.In the summer season and during the absence of winter ice and icicles on the roof, as well as snow on the roof, the power supply and relays should be able to remotely de-energize from the AC using an infrared remote control.

Таким образом, на основе данного технического решения, использующего подогрев края кровли с помощью прямоугольного волновода с одной открытой широкой стенкой, можно обеспечить уменьшение потери СВЧ-мощности и повышение эффективности удаления наледей и сосулек.Thus, on the basis of this technical solution, using heating the edge of the roof using a rectangular waveguide with one open wide wall, it is possible to reduce the loss of microwave power and increase the efficiency of removing icing and icicles.

Предлагаемое устройство успешно может быть применено для автоматической уборки наледей и сосулек с крыш жилых и административных зданий.The proposed device can be successfully used for automatic cleaning of ice and icicles from the roofs of residential and office buildings.

Claims

A microwave device for protecting the roof from icing and icicles, containing a microwave generator, a microwave emitter and a power supply, characterized in that a microwave valve and thermal block are inserted into it, the microwave emitter is made in the form of a rectangular waveguide with one open wide wall mounted on the edge of the roof, and the output of the microwave generator is connected to the input of the valve, the output of the valve is connected to the input of the rectangular waveguide, the output of the rectangular waveguide is connected to the input of the thermal block, the output of the thermal block is connected to the input of the power supply, you the course of which is connected to the input of the microwave generator.