WO2015099553A1 - Method for crushing and melting a mass of snow and ice and device for implementing same - Google Patents

Method for crushing and melting a mass of snow and ice and device for implementing same Download PDF

Info

Publication number
WO2015099553A1
WO2015099553A1 PCT/RU2013/001149 RU2013001149W WO2015099553A1 WO 2015099553 A1 WO2015099553 A1 WO 2015099553A1 RU 2013001149 W RU2013001149 W RU 2013001149W WO 2015099553 A1 WO2015099553 A1 WO 2015099553A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
snow
melting
detonation
hot
ice mass
Prior art date
Application number
PCT/RU2013/001149
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Сергей Михайлович ФРОЛОВ
Федор Сергеевич ФРОЛОВ
Константин Алексеевич АВДЕЕВ
Юрий Дмитриевич СТРЕЛЕЦКИЙ
Original Assignee
Некоммерческое Партнерство По Научной, Образовательной И Инновационной Деятельности "Центр Импульсного Детонационного Горения"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Некоммерческое Партнерство По Научной, Образовательной И Инновационной Деятельности "Центр Импульсного Детонационного Горения" filed Critical Некоммерческое Партнерство По Научной, Образовательной И Инновационной Деятельности "Центр Импульсного Детонационного Горения"
Priority to PCT/RU2013/001149 priority Critical patent/WO2015099553A1/en
Publication of WO2015099553A1 publication Critical patent/WO2015099553A1/en

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01H—STREET CLEANING; CLEANING OF PERMANENT WAYS; CLEANING BEACHES; DISPERSING OR PREVENTING FOG IN GENERAL CLEANING STREET OR RAILWAY FURNITURE OR TUNNEL WALLS
    • E01H5/00—Removing snow or ice from roads or like surfaces; Grading or roughening snow or ice
    • E01H5/10—Removing snow or ice from roads or like surfaces; Grading or roughening snow or ice by application of heat for melting snow or ice, whether cleared or not, combined or not with clearing or removing mud or water, e.g. burners for melting in situ, heated clearing instruments; Cleaning snow by blowing or suction only

Definitions

  • the invention relates to methods and devices for grinding and melting a snow-ice mass (“snow melters”), in which the grinding and melting of a snow-ice mass occurs due to the periodic action of shock waves, as well as high-speed jets of hot products of pulsed detonation combustion of the fuel mixture, and can be used for quick disposal of snow-ice mass.
  • snow melters in which the grinding and melting of a snow-ice mass occurs due to the periodic action of shock waves, as well as high-speed jets of hot products of pulsed detonation combustion of the fuel mixture, and can be used for quick disposal of snow-ice mass.
  • the main problems that stand in the way of creating methods and devices for crushing and melting snow-ice mass are the need to reduce overall energy consumption, simplify and reduce the cost of the structure, increase productivity by intensifying the melting process and reducing the time for pre-launch preparation, as well as improving environmental performance.
  • a device for melting snow is known, proposed in patent RU 2335597 ⁇ 01 ⁇ 5 / 10 (2006.01), 04.04.2007, which includes a receiving hopper, a mechanical device for crushing snow, a snow melting chamber, a device for collecting solid household waste, a heat exchanger for heating water, pumping equipment .
  • the snow melting chamber is made in the form of a pipe with screws and is equipped with a pipe for water drainage. Nozzles for supplying hot water to the snow melting chamber are placed in the upper hourglass along its entire length. At the bottom of the snow melting chambers are made with slotted holes for draining water into an attached tray with a pipeline.
  • the snow melting chamber is insulated from the outside.
  • the device for crushing snow is made in the form of a mill.
  • a device is known, proposed in patent RU 2290471 ⁇ 01 ⁇ 5 / 00, ⁇ 01 ⁇ 5 / 10 (2006.01), 08.09.2005, which includes a loading chamber for receiving snow-ice mass and its processing.
  • a drain pipe for the withdrawal of melt water.
  • the walls of the chamber are made double of a heat-conducting material, and the cavity between them is in communication with a source of supply of a coolant for heating the walls.
  • On the inner side of the walls there are longitudinal fins made of heat-conducting material, turning into fins, made on the inner side of the bottom of the chamber and directed to the drain pipe.
  • a shower manifold and a device for supplying heated liquid in cavitation mode are installed inside the chamber. Before feeding into the chamber, the snow-ice mass enters the mechanical grinder.
  • 03/05/2001 which is made in the form of a movable frame, to which a metal conical pipe and a “serpentine” (ring) burner are attached via racks through non-heat-conducting material.
  • the melting chamber is made in the form of a metal a conical pipe with a receiving neck, while the pipe has an inclination towards the outlet neck, and the heat source is made in the form of a “serpentine” (ring) burner with nozzles spanning a metal conical pipe.
  • One end of the burner is connected to a working cylinder of the combustible mixture under pressure, the second is sealed.
  • the working and spare cylinders of the combustible mixture are placed in the cells of the frame, and the outlet neck is equipped with two removable L-shaped and rectangular nozzles for the convenience of draining water on the road, or in the receiving tank truck.
  • the melting of the snow-ice mass in them is mainly carried out with heated water (patents RU 2337207, RU 2335597, RU 2314385, RU 2290471), for which pre-launch preparation is required before starting: either fill the melting bath with hot water or melt the first snow charge (so called "snow start”), and the resulting water is heated to operating temperature. Therefore, for the “snow start” of such devices, additional energy and time are required.
  • RU 2314385, RU 2290471 use additional equipment for spraying (spraying) hot water onto a snow-ice mass under pressure (for example, pumps) and for forced circulation of water in a melting bath (for example, a mixer). This complicates and increases the cost of the design, and also leads to additional costs for the operation of this equipment.
  • the snow-ice mass is previously either not crushed or crushed by additional mechanical means. If grinding is not provided (patent RU 2268335), the melting time of the snow-ice mass can significantly increase when it contains compressed snow or ice. In addition, energy costs associated with additional heat loss to the environment will increase.
  • mechanical shredders (patents RU 2335597, RU 2290471) is accompanied additional energy costs for a mechanical drive, a higher cost of construction and a decrease in the reliability of the device.
  • snow is melted by exposing the snow-ice mass to a hot gas medium coming from the burner through a downpipe and a diffuser into a reservoir with snow-ice mass and / or water.
  • Hot gas medium consists of combustion products and air coming from the blower, which ensures the forward movement of the gas medium along the downpipe in the direction from the burner to the diffuser.
  • the supply of hot gas medium directly to the snow-ice mass through the nozzles of the diffuser allows for a “snow start” without special preparatory measures.
  • the disadvantage of the prototype method is that with a "snow start” the efficiency of the burner cooling is low (there is no cooling water), and the combustion chamber must work with incomplete power, which leads to an increase in start-up time and additional heat loss to the environment.
  • Another disadvantage of the prototype method is the need to dilute the combustion products with air, which leads to a decrease in the temperature of the acting gas medium and, as a consequence, to a decrease in the efficiency of the melting process of the snow-ice mass.
  • Another disadvantage of the prototype method is the outflow of hot gases into the water after entering the operating mode, which leads to additional energy costs for supplying air under pressure exceeding the pressure of the water column in the tank, and in the case of even a short stop of the working process, it leads to the need to drain water and re-starting procedure.
  • the prototype method does not provide for crushing the snow-ice mass, which leads to an increase in its melting time and additional heat loss to the environment.
  • pulse-detonation combustion provides a higher thermodynamic coefficient of efficiency of converting the chemical energy of fuel into mechanical work compared with burning with constant the pressure used in the known method and devices (Frolov SM. Pulse detonation engines: introduction // Pulse detonation engines / Ed. SM. Frolov. M .: TORUS PRESS, 2006. S. 19-32), as well as a significant reduction in emissions environmentally harmful substances, for example, nitrogen oxides (Frolov S. M., Basevich V. Ya., Aksenov V. S, Gusev P. A., Ivanov V. S, Medvedev S. N., Smetanyuk V. A., Avdeev K A., Frolov F. S. The formation of nitrogen oxides in detonation waves. Chemical Physics, 201 1, Volume 30, N8, pp. 55-57).
  • pulse-detonation combustion will allow one to refuse to mix air, since the excess pressure ( ⁇ 10 atm) and the velocity of detonation products ( ⁇ 1000 m / s) are sufficient for their movement through the gas duct ("downpipe" in terms of patent RU 2428540 ) without any additional influences leading to a decrease in the energy content of the gaseous medium flow affecting the snow-ice mass.
  • pulse-detonation combustion will provide a higher temperature of detonation products (up to 2500 ° ⁇ ).
  • pulse-detonation combustion will provide a periodic shock-wave (mechanical) effect on the snow-ice mass and / or water without any additional mechanical means, which will accelerate the melting of the snow-ice mass due to aerodynamic grinding of solid elements, and due to intensive mixing of the molten medium.
  • the prototype method is carried out on a prototype device containing a blower, a reservoir for melted snow with a burner installed in it, including a combustion chamber with a fuel nozzle, a gas duct with a cooling system and a diffuser.
  • the disadvantage of the prototype device is the use of a burner operating on conventional (deflagration) combustion, the products of which are known to have low pressure and speed. Therefore, an air stream is additionally supplied to the gas duct, which entrains the combustion products into motion and provides the necessary pressure and velocity of the gas medium for its penetration through the diffuser into the tank for melting the snow-ice mass. However, the temperature of the gaseous medium decreases, which accordingly reduces the efficiency of the melting process.
  • Another disadvantage of the prototype device is that with "snow starg" the burner cooling system does not b
  • the prototype device provides proper cooling of the walls of the combustion chamber (there is no cooling water), and the combustion chamber must work with incomplete power, which leads to an increase in start-up time and additional heat loss to the environment.
  • Another disadvantage of the prototype device is the outflow of hot gases into the water after the device enters the operating mode, which leads to additional energy costs for supplying air under pressure exceeding the pressure of the water column in the tank, and in the case of even a short stop of the device, it leads to the need to drain water from the tank and re-start procedure.
  • the prototype device does not provide equipment for grinding snow and ice mass, which leads to an increase in its melting time and additional heat loss to the environment.
  • the objective of the invention is to develop a method of melting snow-ice mass, which will take advantage of pulse detonation combustion, which consists in its higher thermodynamic efficiency, higher temperature of detonation products, in combined thermal and mechanical (shock wave) effects on the molten medium, and also in reducing emissions of environmentally harmful substances.
  • the objective of the invention is also to develop a device for implementing a method of melting snow-ice mass, which will make full use of the advantages of pulse-detonation combustion, which consists in higher thermodynamic efficiency, at a higher temperature of detonation products, in combined thermal and mechanical (shock wave ) impact on the molten medium, as well as in reducing the emission of environmentally harmful substances.
  • a device containing a reservoir for a melted snow-ice mass with a hatch for removing contaminants, with a system for maintaining melt water level, a blower and a burner including a combustion chamber with a fuel nozzle, in which, according to the invention, there is one or more burners, each burner is equipped the atmospheric air supply line and, in addition to the combustion chamber, includes a flame accelerator and a detonation tube connected to it with an output nozzle nozzle, forming a single gas-dynamic path, each combustion chamber has one or more ignition sources and a mixing device for forming a fuel mixture equipped with a non-return valve, the components of the fuel mixture being fed to the burner through the mixing device of the combustion chamber continuously or periodically and filling the burner fully or partially.
  • Gaseous or liquid fuels or a combination thereof is used as fuel, and atmospheric air as an oxidizing agent.
  • the air supply line to the burner is equipped with a bypass channel in communication with the atmosphere or introduced into the melt water tank.
  • an aerator At the end of the bypass channel, introduced into the tank with melt water, an aerator can be installed.
  • the aerator can be made either stationary or rotating, for example, due to the reactive force created by the flowing jets of air.
  • the rotating aerator is equipped with blades for transmitting the movement of melt water obtained in the process of melting snow-ice mass.
  • the check valve of the mixing device may be mechanically, hydraulically, pneumatically or electromechanically actuated or may be driven by a differential pressure across it.
  • the combustion chamber may be straight or have curved sections.
  • the combustion chamber may have a cross section of circular, rectangular, oval or other geometric shapes.
  • sources of ignition it is preferable to use a prechamber with distributed openings for supplying turbulent jets of hot combustion products, or to use one or more other known ignition sources capable of igniting the flow of the fuel mixture, for example, electric discharge candles, laser beams, jets of chemically active substances.
  • any known device can be used in which the transition of combustion to detonation is ensured with a minimum pre-knock distance and minimum energy consumption for ignition of the fuel mixture.
  • the detonation tube can be straight or have curved sections: turns, turns, U-shaped turns, etc.
  • the detonation tube may have a cross-section of a circular, rectangular, oval or other geometric shape, including tapering and expanding sections.
  • the combustion chamber, flame accelerator and detonation tube may have external fins.
  • the nozzle nozzle at the exit of the detonation tube can be a single nozzle or a set of nozzles, for example, Laval nozzles, providing multidirectional output of shock waves and multidirectional outflow of jets of hot detonation products into the snow-ice mass.
  • the nozzle nozzle can be made with a time-varying direction of the exit of shock waves and the outflow of jets of hot detonation products, for example, in the form of a nozzle rotating under the action of a reactive force created by the flowing jets.
  • the tank has a thermally insulated bottom, walls, as well as a lifting tent cover with a window for supplying snow and ice mass.
  • the internal cavity of the tank has a shape that prevents the formation of stagnant zones during the movement of melt water obtained by melting snow-ice mass, for example, the shape of a cylinder with a base in the form of a circle or an ellipse.
  • Vertical metal pins are installed inside the tank to more uniformly warm the snow-ice mass from hot surfaces and to increase the relative speed of blowing the snow-ice mass by shock waves and hot jets of detonation products, as well as to increase the relative speed of the snow-ice mass flowing around melt water.
  • the tank is equipped with a hopper for receiving snow-ice mass and its direction into the internal cavity of the tank.
  • the hopper has ribbing on the outside and / or inside.
  • the system for maintaining the level of melt water is designed in such a way that melt water drains from the bottom of the tank.
  • FIG. 1 shows a diagram of the claimed device (1 - tank, 2 - blower, 3 - air supply line, 4 - bypass channel, 5 - aerator, 6 - mixing device with non-return valve, 7 - combustion chamber, 8 - flame accelerator, 9 - detonation tube, 10 - nozzle outlet nozzle, 1 1 - hinged cover, 12 - receiving hopper, 13 - vertical pins, 14 - melt water level maintenance system, B - burner, F - fuel nozzles, SI - ignition sources, CS - system control, SM - snow-ice mass, WL - melt water level, DW - detonation wave).
  • 26 2c are diagrams of options for output nozzle nozzles.
  • FIG. 1 shows a diagram of the inventive device.
  • the main element of the device is a burner (B), consisting of a detonation tube (9), one end of which is connected to a flame accelerator (8) and a combustion chamber (7), equipped with a mixing device with a check valve (6) with fuel nozzles (F), ignition sources (SI) and control system (CS).
  • the main (3) connects the combustion chamber (7) to the blower (2), and through the bypass channel (4) connects the blower (2) to the aerator (5).
  • nozzle nozzles (10) At the other end of the detonation tube (9) installed nozzle nozzles (10) (Fig. 2).
  • the detonation tube (9) is located at the bottom of the tank (1) so that it is completely washed by melt water, and the outlet nozzle nozzles (10) are located above the maximum level of melt water allowed by the system to maintain the level of melt water (14).
  • the tank (1) is equipped with a tent cover (1 1) with a window for supplying snow and ice mass, a receiving a hopper (12), vertical metal pins (13) and a hatch for removing contaminants (not shown in Fig. 1).
  • the proposed device operates as follows.
  • the working cycle of the device begins after loading the snow-ice mass into the tank (1) and turning on the blower.
  • the air flow generated by the blower can be divided into two parts: one (main) part can enter the burner (B), and the other into the bypass channel (4) and into the aerator (5).
  • the duty cycle of the device includes three stages.
  • the main part of the atmospheric air continuously enters through the line (3) into a mixing device with a non-return valve (6), where it is mixed with the fuel supplied through the fuel nozzles (F), and the formed fuel mixture completely fills the combustion chamber ( 7) and the flame accelerator (8), as well as in whole or in part, the detonation tube (9).
  • the time for supplying fuel through the fuel nozzles (F) is set by the control system (CS) depending on the degree of filling of the detonation tube (9) with the fuel mixture specified by the operator.
  • Another part of the atmospheric air continuously enters the reservoir (1) with snow-ice mass and / or with melt water through the bypass channel (4) and the aerator (5), sparging melt water.
  • the filling stage ends when the check valve of the mixing device (6) closes and the ignition sources (SI) are energized by command from the control system (CS).
  • SI ignition sources
  • the check valve of the mixing device (6) is closed, and the entire air flow from the blower is directed through the bypass channel (4) to the aerator (5).
  • the mixture in the combustion chamber (7) is ignited, and the generated combustion wave, passing through the flame accelerator (8), turns into a detonation wave due to the transition of combustion to detonation (Frolov SM. Fast transition of combustion to detonation. Chemical Physics, 2008, v. 27, N ° 6, pp. 31-44), which then propagates in the detonation tube (9) towards the outlet nozzle nozzle (10).
  • Shock waves and high-speed jets of hot detonation products exit the nozzle nozzle (10), which penetrate the snow-ice mass, loosen it and crush the dense fractions contained in it (for example, ice and / or compressed snow) and simultaneously melt it, and also involve meltwater obtained in the process of melting the snow-ice mass into the movement, with the formation of a water sheet and spray, which generally contributes to an increase in the melting speed of the snow-ice mass.
  • the intensity of the shock waves and the duration of the impact of high-speed jets of hot detonation products on the snow-ice mass is controlled by the degree of filling of the detonation tube (9) with the fuel mixture.
  • the snow-ice mass is also melted by the hot walls of the burner (B) and melt water in the tank (1) heated by the hot walls of the burner (B). Sparging of melt water with atmospheric air coming from the blower (2) to the aerator (5) additionally involves melt water in the movement and also contributes to the intensification of melting of snow-ice mass.
  • the second stage of the working cycle ends at the moment when the check valve of the mixing device opens.
  • the check valve of the mixing device (6) is open, and the main part of the air from the blower is directed to the gas-dynamic path of the burner to remove residual hot detonation products.
  • Another part of the atmospheric air continuously enters the reservoir (1) with snow-ice mass and / or with melt water through the bypass channel (4) and the aerator (5), sparging melt water. Sparging of melt water with atmospheric air draws melt water into the movement and contributes to the intensification of melting of snow-ice mass.
  • the purge stage ends when the volume of atmospheric air passing through the combustion chamber (7), the flame accelerator (8) and detonation tube (9) exceed at least twice their total volume. Next, the working cycle is repeated from the filling stage.
  • the combustion chamber (7) the flame accelerator (8) and the detonation tube (9) with the outlet nozzle nozzle (10) are cooled by melt water and / or snow-ice mass, and the external fins of the burner elements contribute to the cooling of the burner and intensification of melting snow-ice mass.
  • the finning of the inner and outer surfaces of the receiving hopper (12) also contributes to the intensification of melting of snow-ice mass, starting from the moment of its loading into the receiving hopper, due to heat exchange with hot detonation products accumulated under the inner surface of the receiving hopper.
  • Melting of snow-ice mass on the outer surface of the receiving hopper leads to the formation and dripping down of melt water, which, falling into shock waves and high-speed jets of hot detonation products form a veil and splashes penetrating the snow-ice mass and contribute to an increase in the melting speed of the snow-ice mass.
  • Vertical metal pins (13) installed inside the tank (1) provide more uniform heating of the snow-ice mass due to the efficient transfer of heat from the zone adjacent to the hot elements of the burner through the heat-conducting material of the pins, and also limit the movement of the snow-ice mass, increasing the relative speed of blowing the snow-ice mass by shock waves and hot jets of detonation products, as well as increasing the relative speed of the snow-ice mass flowing around melt water.
  • the effectiveness of involving melt water in the movement by means of its bubbling with air can be increased using a rotating aerator or a rotating aerator with blades.
  • melt water is drained from the bottom of the tank, where its temperature is minimal.
  • the inventive device operates without preliminary preparation, that is, without sorting and crushing the snow-ice mass, without first filling the tank (1) with water and without pre-heating the water.
  • the performance of the claimed device can be controlled by changing the intensity of the thermomechanical effect of shock waves, high-speed jets of hot detonation products and hot surfaces on a snow-ice mass.
  • the intensity of the thermomechanical action depends on the number of burners in the device, the frequency of the cycles and the degree of filling of the detonation tubes with the fuel mixture.
  • the prototype burner included a combustion chamber with an internal diameter of 80 mm and a length of 170 mm, to which a flame accelerator with an internal diameter of 50 mm and a length of 1500 mm and a detonation tube with an internal diameter of 50 mm and a length of 700 mm were connected in series.
  • the combustion chamber contained a mixing device with a non-return valve, two fuel nozzles and two automobile spark plugs, and was connected to the air supply line from the blower.
  • an expanding conical nozzle of 100 length was installed mm with a solution angle of 20 °.
  • the burner was placed on the bottom of a tank open at the top with a length of 2000 mm, a height of 500 mm and a width of 600 mm (volume 0.6 m 3 ), so that the transition from the flame accelerator to the detonation pipe is made in the form of a 90 ° rotation of the pipe (see FIG. one ).
  • the outlet of the detonation tube was bent so that its axis intersected the geometric center of the tank (see Fig. 1).
  • the fuel used was liquefied petroleum gas (propane-butane), and the air and fuel consumption were chosen so that the composition of the fuel mixture filling the gas-dynamic path of the burner was close to the stoichiometric composition.
  • the dry reservoir was filled once with a snow-ice mass with a density of ⁇ 350 kg / m 3 without any preliminary treatment.
  • the time taken for the complete melting of the snow-ice mass at a frequency of working cycles of 9-10 Hz was less than 8 minutes.
  • propane consumption was about 3.5 liters.
  • the proposed method and device allows you to fully use the advantages of pulsed-detonation combustion, consisting in a higher thermodynamic efficiency, at a higher temperature of the detonation products, in the combined thermal and mechanical (shock wave) effect on the molten medium, as well as reducing emissions of environmentally harmful substances.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Cleaning Of Streets, Tracks, Or Beaches (AREA)

Abstract

The invention relates to methods and devices for crushing and melting a mass of snow and ice ("snow-melters"), in which the crushing and melting of a mass of snow and ice takes place as a result of the periodic effect of shock waves and of high-speed jets of hot products of the pulse-detonation combustion of a fuel mixture, and can be used for rapidly disposing of a mass of snow and ice. Proposed are a method and a device for melting a mass of snow and ice by means of heating same through the walls of a pipe, using hot gases, and also using the hot water produced during the melting process, in which method the mass of snow and ice is simultaneously crushed and melted under the effect of shock waves and of high-speed jets of hot detonation products, wherein the shock waves and the high-speed jets of hot detonation products are generated periodically, in a pipe containing a fuel mixture, by means of a transition from combustion to detonation; in addition to crushing and melting the mass of snow and ice, the shock waves and the high-speed jets of hot detonation products impart movement to fragments of the mass of snow and ice and to the hot meltwater produced during the melting process, and also lead to the formation of water film and spray which enter the mass of snow and ice, thus leading, overall, to the melting of the mass of snow and ice without pre-treatment thereof and without the use of pre-supplied heated water. The proposed method and device make it possible to fully utilize the advantages of pulse-detonation combustion, consisting in a higher thermodynamic efficiency, a higher temperature of detonation products, the combined thermal and mechanical (shock-wave) effects on a medium to be melted, and also a reduction in the emission of environmentally harmful substances.

Description

СПОСОБ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ И ПЛАВЛЕНИЯ СНЕЖНО-ЛЕДЯНОЙ МАССЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ  METHOD FOR GRINDING AND MELTING SNOW-ICE MASS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
Область техники  Technical field
Изобретение относится к способам и устройствам измельчения и плавления снежно-ледяной массы («снеготаялкам»), в которых измельчение и плавление снежно- ледяной массы происходит благодаря периодическому воздействию ударных волн, а также высокоскоростных струй горячих продуктов импульсно-детонационного горения топливной смеси, и может быть использовано для быстрой утилизации снежно-ледяной массы.  The invention relates to methods and devices for grinding and melting a snow-ice mass (“snow melters”), in which the grinding and melting of a snow-ice mass occurs due to the periodic action of shock waves, as well as high-speed jets of hot products of pulsed detonation combustion of the fuel mixture, and can be used for quick disposal of snow-ice mass.
Основные проблемы, стоящие на пути создания способов и устройств для измельчения и плавления снежно-ледяной массы, - необходимость снижения общих энергозатрат, упрощения и удешевления конструкции, повышения производительности за счет интенсификации процесса плавления и сокращения времени на предпусковую подготовку, а также улучшения экологических характеристик.  The main problems that stand in the way of creating methods and devices for crushing and melting snow-ice mass are the need to reduce overall energy consumption, simplify and reduce the cost of the structure, increase productivity by intensifying the melting process and reducing the time for pre-launch preparation, as well as improving environmental performance.
Предшествующий уровень техники  State of the art
Известен способ плавления снега, предложенный в патенте RU 2337207 Е01Н5/10 (2006.01), 04.04.2007, который включает подачу снега в снегоплавильную камеру и перемешивание его с горячей водой, отвод воды из снегоплавильной камеры в теплообменник для нагрева и последующую подачу горячей воды из теплообменника в снегоплавильную камеру через сопла, расположенные в верхней ее части, причем перед подачей снега в снегоплавильную камеру его механически измельчают, подают горячую воду через сопла по всей длине снегоплавильной камеры под давлением 3-5 кг/см2 и перемешивают снег с горячей водой посредством шнеков, воду из снегоплавильной камеры очищают от твердых бытовых отходов и затем нагревают в теплообменнике до 80-90°С при прокачивании ее под давлением 3-5 кг/см2 с линейной скоростью 3-5 м/с. There is a method of melting snow, proposed in patent RU 2337207 Е01Н5 / 10 (2006.01), 04.04.2007, which includes supplying snow to the snow melting chamber and mixing it with hot water, removing water from the snow melting chamber to a heat exchanger for heating and subsequent supply of hot water from snegoplavilnye heat exchanger chamber through a nozzle disposed in the upper portion thereof, wherein before supplying the snow in its chamber snegoplavilnye mechanically milled, hot water is fed through nozzles over the entire length snegoplavilnye chamber under pressure of 3-5 kg / cm 2 and re eshivayut snow with hot water by means of screws, the water from the chamber snegoplavilnye purified from municipal solid wastes and then heated in a heat exchanger to 80-90 ° C while pumping it under pressure of 3-5 kg / cm 2 with a linear velocity of 3-5 m / s.
Известно устройство для плавления снега, предложенное в патенте RU 2335597 Е01Н5/10 (2006.01), 04.04.2007, которое включает приемный бункер, механическое устройство для измельчения снега, снегоплавильную камеру, устройство для сбора твердых бытовых отходов, теплообменник для нагрева воды, насосное оборудование. Снегоплавильная камера выполнена в виде трубы со шнеками и снабжена трубопроводом для отвода воды. Сопла для подачи горячей воды в снегоплавильную камеру размещены в верхней часги по всей ее длине. В нижней части снегоплавильной камеры выполнены щелевые отверстия для отвода воды в прикрепленный поддон с трубопроводом. Снегоплавильная камера снабжена с внешней стороны теплоизоляцией. Устройство для измельчения снега выполнено в виде фрезы. A device for melting snow is known, proposed in patent RU 2335597 Е01Н5 / 10 (2006.01), 04.04.2007, which includes a receiving hopper, a mechanical device for crushing snow, a snow melting chamber, a device for collecting solid household waste, a heat exchanger for heating water, pumping equipment . The snow melting chamber is made in the form of a pipe with screws and is equipped with a pipe for water drainage. Nozzles for supplying hot water to the snow melting chamber are placed in the upper hourglass along its entire length. At the bottom of the snow melting chambers are made with slotted holes for draining water into an attached tray with a pipeline. The snow melting chamber is insulated from the outside. The device for crushing snow is made in the form of a mill.
Известна снеготаялка, предложенная в патенте RU 2314385 Е01 Н5/10 (2006.01), 21.03.2005, которая содержит рабочую емкость со сливным узлом, источник тепла, насос с всасывающим патрубком и поплавок. Источник тепла выполнен в виде теплоэлектронагревателей, электровводы которых выполнены с возможностью их подключения к электросетям, или к электрогенератору, или к высоковольтной троллейбусной сети, рабочая емкость снабжена дополнительным входом и средством соединения с выхлопной системой буксирующего транспортного средства, сливной узел выполнен в виде сливного патрубка с запорным вентилем, причем сливной патрубок расположен в торцевой части рабочей емкости выше уровня теплоэлектронагревателей, над теплоэлектронагревателями расположен всасывающий патрубок насоса, выход которого через переключатель соединен разветвленным трубопроводом со сливным патрубком после вентиля, а также с разбрызгивателем воды, перед которым на трубопроводе установлено не менее одного подвижного шланга с поплавком, по периферии рабочей емкости закреплены направляющие водяного потока, в нижней части рабочей емкости установлена грязесливная пробка.  Known snow melter proposed in patent RU 2314385 E01 H5 / 10 (2006.01), 03/21/2005, which contains a working tank with a drainage unit, a heat source, a pump with a suction pipe and a float. The heat source is made in the form of heat electric heaters, the electric inputs of which are made with the possibility of their connection to electric networks, or to an electric generator, or to a high-voltage trolleybus network, the working capacity is equipped with an additional input and means of connection to the exhaust system of the towing vehicle, the drainage unit is made in the form of a drain pipe with shut-off valve, and the drain pipe is located in the end part of the working tank above the level of the heaters, above the heaters ra a pump suction port is located, the outlet of which through a switch is connected by a branched pipe to a drain pipe after the valve, and also with a water sprayer, in front of which at least one movable hose with a float is installed on the pipe, water flow guides are fixed on the periphery of the working container, in the lower part of the working containers installed mud drain plug.
Известно устройство, предложенное в патенте RU 2290471 Е01Н5/00, Е01Н5/10 (2006.01), 08.09.2005, которое включает загрузочную камеру для приема снежно- ледяной массы и ее переработки. В днище камеры размещен сливной патрубок для вывода талой воды. Стенки камеры выполнены двойными из теплопроводного материала, а полость между ними сообщена с источником подачи теплоносителя для обогрева стенок. На внутренней стороне стенок имеются продольные оребрения из теплопроводного материала, переходящие в оребрения, выполненные на внутренней стороне днища камеры и направленные к сливному патрубку. Внутри камеры установлены душевой коллектор и устройство для подачи нагретой жидкости в кавитационном режиме. Перед подачей в камеру снежно-ледяная масса поступает в механический измельчитель.  A device is known, proposed in patent RU 2290471 Е01Н5 / 00, Е01Н5 / 10 (2006.01), 08.09.2005, which includes a loading chamber for receiving snow-ice mass and its processing. In the bottom of the chamber there is a drain pipe for the withdrawal of melt water. The walls of the chamber are made double of a heat-conducting material, and the cavity between them is in communication with a source of supply of a coolant for heating the walls. On the inner side of the walls there are longitudinal fins made of heat-conducting material, turning into fins, made on the inner side of the bottom of the chamber and directed to the drain pipe. A shower manifold and a device for supplying heated liquid in cavitation mode are installed inside the chamber. Before feeding into the chamber, the snow-ice mass enters the mechanical grinder.
Известна снеготаялка, предложенная в патенте RU 2268335 Е01 Н5/10 (2006.01), Known snow melter proposed in patent RU 2268335 E01 H5 / 10 (2006.01),
05.03.2001 , которая выполнена в виде подвижной рамы, к которой посредством стоек через нетеплопроводный материал крепятся металлическая конусная труба и «змеевидная» (кольцевая) горелка. Камера таяния выполнена в виде металлической конусной трубы с приемной горловиной, при этом труба имеет наклон в сторону выходной горловины, а источник тепла выполнен в виде «змеевидной» (кольцевой) горелки с форсунками, охватывающей металлическую конусную трубу. Один конец горелки соединен с рабочим баллоном горючей смеси под давлением, второй запаян. Рабочий и запасной баллоны горючей смеси размещены в ячейках рамы, а выходная горловина снабжена двумя съемными Г-образной и прямоугольной насадками для удобства слива воды на дорогу, либо в приемную автоцистерну. 03/05/2001, which is made in the form of a movable frame, to which a metal conical pipe and a “serpentine” (ring) burner are attached via racks through non-heat-conducting material. The melting chamber is made in the form of a metal a conical pipe with a receiving neck, while the pipe has an inclination towards the outlet neck, and the heat source is made in the form of a “serpentine” (ring) burner with nozzles spanning a metal conical pipe. One end of the burner is connected to a working cylinder of the combustible mixture under pressure, the second is sealed. The working and spare cylinders of the combustible mixture are placed in the cells of the frame, and the outlet neck is equipped with two removable L-shaped and rectangular nozzles for the convenience of draining water on the road, or in the receiving tank truck.
Перечисленным выше способу и устройствам присущи недостатки.  The above method and devices have inherent disadvantages.
Плавление снежно-ледяной массы в них в основном осуществляется нагретой водой (патенты RU 2337207, RU 2335597, RU 2314385, RU 2290471), для чего перед запуском требуется предпусковая подготовка: необходимо либо заполнить плавильную ванну горячей водой, либо расплавить первый снежный заряд (так называемый «снежный старт»), а полученную воду нагреть до рабочей температуры. Следовательно, для «снежного старта» таких устройств требуются дополнительные затраты энергии и времени.  The melting of the snow-ice mass in them is mainly carried out with heated water (patents RU 2337207, RU 2335597, RU 2314385, RU 2290471), for which pre-launch preparation is required before starting: either fill the melting bath with hot water or melt the first snow charge (so called "snow start"), and the resulting water is heated to operating temperature. Therefore, for the “snow start” of such devices, additional energy and time are required.
В патенте RU 2268335 Е01Н5/10 снежно-ледяная масса плавится благодаря теплообмену с металлической конусной трубой, обогреваемой горелками снаружи. Поскольку горелки находятся на открытом воздухе, энергоэффективность указанного устройства невысока вследствие прямых тепловых потерь в окружающее пространство.  In the patent RU 2268335 E01H5 / 10, the snow-ice mass melts due to heat exchange with a metal conical pipe heated by burners from the outside. Since the burners are in the open air, the energy efficiency of this device is low due to direct heat loss to the surrounding space.
Для интенсификации плавления в известных способе и устройствах (патенты To intensify the melting in the known method and devices (patents
RU 2314385, RU 2290471) используют дополнительное оборудование для распыления (разбрызгивания) горячей воды на снежно-ледяную массу под давлением (например, насосы) и для вынужденной циркуляции воды в плавильной ванне (например, мешалки). Это усложняет и удорожает конструкцию, а также приводит к дополнительным затратам на эксплуатацию этого оборудования. RU 2314385, RU 2290471) use additional equipment for spraying (spraying) hot water onto a snow-ice mass under pressure (for example, pumps) and for forced circulation of water in a melting bath (for example, a mixer). This complicates and increases the cost of the design, and also leads to additional costs for the operation of this equipment.
В известных способе и устройствах снежно-ледяная масса предварительно либо не измельчается, либо измельчается дополнительными механическими средствами. Если измельчение не предусмотрено (патент RU 2268335), время плавления снежно- ледяной массы может значительно возрасти при содержании в ней спрессованного снега или льда. Кроме того, увеличатся и затраты энергии, связанные с дополнительными тепловыми потерями в окружающую среду. Использование же механических измельчителей (патенты RU 2335597, RU 2290471) сопровождается дополнительными затратами энергии на механический привод, удорожанием конструкции и снижением надежности устройства. In the known method and devices, the snow-ice mass is previously either not crushed or crushed by additional mechanical means. If grinding is not provided (patent RU 2268335), the melting time of the snow-ice mass can significantly increase when it contains compressed snow or ice. In addition, energy costs associated with additional heat loss to the environment will increase. The use of mechanical shredders (patents RU 2335597, RU 2290471) is accompanied additional energy costs for a mechanical drive, a higher cost of construction and a decrease in the reliability of the device.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности являются способ плавления снежно-ледяной массы и устройство, предложенные в патенте RU 2428540 С2, Е01Н 5/10 (2006.01), 24.06.2009 (прототип).  Closest to the proposed invention in technical essence are the method of melting snow-ice mass and the device proposed in patent RU 2428540 C2, EH 5/10 (2006.01), 06/24/2009 (prototype).
В способе-прототипе плавление снега осуществляется за счёт воздействия на снежно-ледяную массу горячей газовой средой, поступающей из горелки через спускную трубу и рассеиватель в резервуар со снежно-ледяной массой и/или водой. Горячая газовая среда состоит из продуктов горения и воздуха, поступающего от воздуходувки, который и обеспечивает поступательное движение газовой среды по спускной трубе по направлению от горелки к рассеивателю. Подвод горячей газовой среды непосредственно к снежно-ледяной массе через сопла рассеивателя позволяет осуществлять «снежный старт» без проведения специальных подготовительных мероприятий. Недостаток способа-прототипа заключается в том, что при «снежном старте» эффективность охлаждения горелки невелика (отсутствует охлаждающая вода), и камера сгорания должна работать с неполной мощностью, что приводит к увеличению времени запуска и дополнительным тепловым потерям в окружающую среду. Другой недостаток способа-прототипа - необходимость разбавления продуктов горения воздухом, что приводит к снижению температуры воздействующей газовой среды и, как следствие, к снижению эффективности процесса плавления снежно- ледяной массы. Еще один недостаток способа-прототипа - истечение горячих газов в воду после выхода на рабочий режим, что приводит к дополнительным затратам энергии на подачу воздуха под давлением, превышающим давление столба воды в резервуаре, а в случае даже кратковременной остановки рабочего процесса - приводит к необходимости слива воды и повторной процедуры запуска. Наконец, в способе- прототипе не предусмотрено измельчение снежно-ледяной массы, что приводит к возрастанию времени ее плавления и дополнительным тепловым потерям в окружающую среду.  In the prototype method, snow is melted by exposing the snow-ice mass to a hot gas medium coming from the burner through a downpipe and a diffuser into a reservoir with snow-ice mass and / or water. Hot gas medium consists of combustion products and air coming from the blower, which ensures the forward movement of the gas medium along the downpipe in the direction from the burner to the diffuser. The supply of hot gas medium directly to the snow-ice mass through the nozzles of the diffuser allows for a “snow start” without special preparatory measures. The disadvantage of the prototype method is that with a "snow start" the efficiency of the burner cooling is low (there is no cooling water), and the combustion chamber must work with incomplete power, which leads to an increase in start-up time and additional heat loss to the environment. Another disadvantage of the prototype method is the need to dilute the combustion products with air, which leads to a decrease in the temperature of the acting gas medium and, as a consequence, to a decrease in the efficiency of the melting process of the snow-ice mass. Another disadvantage of the prototype method is the outflow of hot gases into the water after entering the operating mode, which leads to additional energy costs for supplying air under pressure exceeding the pressure of the water column in the tank, and in the case of even a short stop of the working process, it leads to the need to drain water and re-starting procedure. Finally, the prototype method does not provide for crushing the snow-ice mass, which leads to an increase in its melting time and additional heat loss to the environment.
Замена в известных способе и устройствах обычного горения на импульсно- детонационное горение даст ряд преимуществ.  The replacement in the known method and devices of conventional combustion for pulse detonation combustion will provide several advantages.
Во-первых, импульсно-детонационное горение обеспечивает более высокий термодинамический коэффициент полезного действия преобразования химической энергии топлива в механическую работу по сравнению с горением при постоянном давлении, используемом в известных способе и устройствах (Фролов СМ. Импульсные детонационные двигатели: введение // Импульсные детонационные двигатели / Под ред. СМ. Фролова. М.: ТОРУС ПРЕСС, 2006. С. 19-32), а также существенное снижение эмиссии экологически вредных веществ, например, оксидов азота (Фролов С. М., Басевич В. Я., Аксенов В. С, Гусев П. А., Иванов В. С, Медведев С Н., Сметанюк В. А., Авдеев К. А., Фролов Ф. С. Образование оксидов азота в детонационных волнах. Химическая физика, 201 1, том 30, N8, с. 55-57). Firstly, pulse-detonation combustion provides a higher thermodynamic coefficient of efficiency of converting the chemical energy of fuel into mechanical work compared with burning with constant the pressure used in the known method and devices (Frolov SM. Pulse detonation engines: introduction // Pulse detonation engines / Ed. SM. Frolov. M .: TORUS PRESS, 2006. S. 19-32), as well as a significant reduction in emissions environmentally harmful substances, for example, nitrogen oxides (Frolov S. M., Basevich V. Ya., Aksenov V. S, Gusev P. A., Ivanov V. S, Medvedev S. N., Smetanyuk V. A., Avdeev K A., Frolov F. S. The formation of nitrogen oxides in detonation waves. Chemical Physics, 201 1, Volume 30, N8, pp. 55-57).
Во-вторых, импульсно-детонационное горение позволит отказаться от подмешивания воздуха, так как избыточное давление (~10 атм) и скорость продуктов детонации (~ 1000 м/с) достаточны для их движения по газоводу («спускной трубе» в терминах патента RU 2428540) без каких-либо дополнительных воздействий, приводящих к снижению энергосодержания потока газовой среды, воздействующей на снежно-ледяную массу.  Secondly, pulse-detonation combustion will allow one to refuse to mix air, since the excess pressure (~ 10 atm) and the velocity of detonation products (~ 1000 m / s) are sufficient for their movement through the gas duct ("downpipe" in terms of patent RU 2428540 ) without any additional influences leading to a decrease in the energy content of the gaseous medium flow affecting the snow-ice mass.
В-третьих, импульсно-детонационное горение обеспечит более высокую температуру продуктов детонации (до 2500 °С).  Thirdly, pulse-detonation combustion will provide a higher temperature of detonation products (up to 2500 ° С).
В-четвертых, импульсно-детонационное горение обеспечит периодическое ударно-волновое (механическое) воздействие на снежно-ледяную массу и/или воду без каких-либо дополнительных механических средств, что ускорит плавление снежно- ледяной массы как за счёт аэродинамического измельчения твёрдых элементов, так и за счёт интенсивного перемешивания расплавляемой среды.  Fourth, pulse-detonation combustion will provide a periodic shock-wave (mechanical) effect on the snow-ice mass and / or water without any additional mechanical means, which will accelerate the melting of the snow-ice mass due to aerodynamic grinding of solid elements, and due to intensive mixing of the molten medium.
Способ-прототип осуществляют на устройстве-прототипе, содержащем воздуходувку, резервуар для расплавляемого снега с установленной в нём горелкой, включающей камеру сгорания с топливной форсункой, газовод с системой охлаждения и рассеиватель.  The prototype method is carried out on a prototype device containing a blower, a reservoir for melted snow with a burner installed in it, including a combustion chamber with a fuel nozzle, a gas duct with a cooling system and a diffuser.
Недостаток устройства-прототипа заключается в использовании горелки, работающей на обычном (дефлаграционном) горении, продукты которого, как известно, обладают низкими давлением и скоростью. Поэтому в газовод дополнительно подаётся поток воздуха, который увлекает в движение продукты горения и обеспечивает необходимые значения давления и скорости газовой среды для её проникновения через рассеиватель в резервуар для плавления снежно-ледяной массы. Однако при этом температура газовой среды понижается, что соответственно снижает эффективность процесса плавления. Другой недостаток устройства-прототипа заключается в том, что при «снежном старге» система охлаждения горелки не б The disadvantage of the prototype device is the use of a burner operating on conventional (deflagration) combustion, the products of which are known to have low pressure and speed. Therefore, an air stream is additionally supplied to the gas duct, which entrains the combustion products into motion and provides the necessary pressure and velocity of the gas medium for its penetration through the diffuser into the tank for melting the snow-ice mass. However, the temperature of the gaseous medium decreases, which accordingly reduces the efficiency of the melting process. Another disadvantage of the prototype device is that with "snow starg" the burner cooling system does not b
обеспечивает должное охлаждение стенок камеры сгорания (отсутствует охлаждающая вода), и камера сгорания должна работать с неполной мощностью, что приводит к увеличению времени запуска и дополнительным тепловым потерям в окружающую среду. Еще один недостаток устройства-прототипа - истечение горячих газов в воду после выхода устройства на рабочий режим, что приводит к дополнительным затратам энергии на подачу воздуха под давлением, превышающим давление столба воды в резервуаре, а в случае даже кратковременной остановки устройства - приводит к необходимости слива воды из резервуара и повторной процедуры запуска. Наконец, в устройстве-прототипе не предусмотрено оборудование для измельчения снежно- ледяной массы, что приводит к возрастанию времени ее плавления и дополнительным тепловым потерям в окружающую среду. provides proper cooling of the walls of the combustion chamber (there is no cooling water), and the combustion chamber must work with incomplete power, which leads to an increase in start-up time and additional heat loss to the environment. Another disadvantage of the prototype device is the outflow of hot gases into the water after the device enters the operating mode, which leads to additional energy costs for supplying air under pressure exceeding the pressure of the water column in the tank, and in the case of even a short stop of the device, it leads to the need to drain water from the tank and re-start procedure. Finally, the prototype device does not provide equipment for grinding snow and ice mass, which leads to an increase in its melting time and additional heat loss to the environment.
Раскрытие изобретения  Disclosure of invention
Задачей изобретения является разработка способа плавления снежно-ледяной массы, который позволит использовать преимущества импульсно-детонационного горения, заключающиеся в его более высокой термодинамической эффективности, более высокой температуры продуктов детонации, в комбинированном тепловом и механическом (ударно-волновом) воздействии на расплавляемую среду, а также в снижении эмиссии экологически вредных веществ.  The objective of the invention is to develop a method of melting snow-ice mass, which will take advantage of pulse detonation combustion, which consists in its higher thermodynamic efficiency, higher temperature of detonation products, in combined thermal and mechanical (shock wave) effects on the molten medium, and also in reducing emissions of environmentally harmful substances.
Задачей изобретения также является разработка устройства для осуществления способа плавления снежно-ледяной массы, которое позволит использовать в полной мере преимущества импульсно-детонационного горения, заключающиеся в более высокой термодинамической эффективности, в более высокой температуре продуктов детонации, в комбинированном тепловом и механическом (ударно-волновом) воздействии на расплавляемую среду, а также в снижении эмиссии экологически вредных веществ.  The objective of the invention is also to develop a device for implementing a method of melting snow-ice mass, which will make full use of the advantages of pulse-detonation combustion, which consists in higher thermodynamic efficiency, at a higher temperature of detonation products, in combined thermal and mechanical (shock wave ) impact on the molten medium, as well as in reducing the emission of environmentally harmful substances.
Решение поставленной задачи достигается предлагаемыми:  The solution to this problem is achieved by the proposed:
- способом плавления снежно-ледяной массы посредством её нагрева через стенки трубы, горячими газами, а также полученной в процессе плавления горячей водой, в котором снежно-ледяная масса одновременно измельчается и плавится под действием ударных волн и высокоскоростных струй горячих продуктов детонации, причем ударные волны и высокоскоростные струи горячих продуктов детонации периодически генерируются в трубе с топливной смесью благодаря переходу горения в детонацию; при этом кроме измельчения и расплавления снежно-ледяной массы ударные волны и высокоскоростные струи горячих продуктов детонации вовлекают в движение фрагменты снежно-ледяной массы и горячую талую воду, полученную в процессе плавления, а также приводят к образованию водяной пелены и брызг, проникающих в снежно-ледяную массу, что в целом обеспечивает плавление снежно- ледяной массы без ее предварительной подготовки и без использования предварительно поданной подогретой воды; - a method of melting a snow-ice mass by heating it through the pipe walls with hot gases, as well as obtained by hot water during melting, in which the snow-ice mass is simultaneously crushed and melted under the influence of shock waves and high-speed jets of hot detonation products, and shock waves and high-speed jets of hot detonation products are periodically generated in the pipe with the fuel mixture due to the transition of combustion to detonation; in addition to crushing and melting snow-ice mass shock waves and high-speed jets of hot detonation products involve fragments of snow-ice mass and hot melt water obtained during the melting process, as well as lead to the formation of water-vapor and splashes penetrating the snow-ice mass, which generally ensures melting of snow and ice ice mass without its preliminary preparation and without the use of previously supplied heated water;
- устройством, содержащим резервуар для расплавляемой снежно-ледяной массы с люком для удаления загрязнений, с системой поддержания уровня талой воды, воздуходувку и горелку, включающую камеру сгорания с топливной форсункой, в котором, согласно изобретению, имеется одна или несколько горелок, каждая горелка оборудована магистралью подачи атмосферного воздуха и дополнительно к камере сгорания включает присоединенные к ней ускоритель пламени и детонационную трубу с выходным сопловым насадком, образующие единый газодинамический тракт, в каждой камере сгорания установлены один или несколько источников зажигания и смесительное устройство для формирования топливной смеси, оборудованное обратным клапаном, причем компоненты топливной смеси подаются в горелку через смесительное устройство камеры сгорания непрерывно или периодически и заполняют горелку полностью или частично.  - a device containing a reservoir for a melted snow-ice mass with a hatch for removing contaminants, with a system for maintaining melt water level, a blower and a burner, including a combustion chamber with a fuel nozzle, in which, according to the invention, there is one or more burners, each burner is equipped the atmospheric air supply line and, in addition to the combustion chamber, includes a flame accelerator and a detonation tube connected to it with an output nozzle nozzle, forming a single gas-dynamic path, each combustion chamber has one or more ignition sources and a mixing device for forming a fuel mixture equipped with a non-return valve, the components of the fuel mixture being fed to the burner through the mixing device of the combustion chamber continuously or periodically and filling the burner fully or partially.
В качестве топлива используется газообразное или жидкое горючее или их комбинация, а в качестве окислителя - атмосферный воздух.  Gaseous or liquid fuels or a combination thereof is used as fuel, and atmospheric air as an oxidizing agent.
Магистраль подачи атмосферного воздуха в горелку оборудована обводным каналом, сообщающимся с атмосферой или введенным внутрь резервуара с талой водой.  The air supply line to the burner is equipped with a bypass channel in communication with the atmosphere or introduced into the melt water tank.
На конце обводного канала, введенного внутрь резервуара с талой водой, может быть установлен аэратор.  At the end of the bypass channel, introduced into the tank with melt water, an aerator can be installed.
Аэратор может быть выполнен либо неподвижным, либо вращающимся, например, за счет реактивной силы, создаваемой истекающими струями воздуха.  The aerator can be made either stationary or rotating, for example, due to the reactive force created by the flowing jets of air.
Вращающийся аэратор снабжен лопатками для передачи движения талой воде, полученной в процессе плавления снежно-ледяной массы.  The rotating aerator is equipped with blades for transmitting the movement of melt water obtained in the process of melting snow-ice mass.
Обратный клапан смесительного устройства может быть с механическим, гидравлическим, пневматическим или электромеханическим приводом или может приводиться в движение под действием перепада давления на нем.  The check valve of the mixing device may be mechanically, hydraulically, pneumatically or electromechanically actuated or may be driven by a differential pressure across it.
Камера сгорания может быть прямой или иметь криволинейные участки. Камера сгорания может иметь поперечное сечение круговой, прямоугольной, овальной или др. геометрической формы. The combustion chamber may be straight or have curved sections. The combustion chamber may have a cross section of circular, rectangular, oval or other geometric shapes.
В качестве источников зажигания предпочтительно использовать форкамеру с распределенными отверстиями для подачи турбулентных струй горячих продуктов горения, или использовать один или несколько других известных источников зажигания, способных поджечь поток топливной смеси, например, электроразрядные свечи, лазерные лучи, струи химически активных веществ.  As sources of ignition, it is preferable to use a prechamber with distributed openings for supplying turbulent jets of hot combustion products, or to use one or more other known ignition sources capable of igniting the flow of the fuel mixture, for example, electric discharge candles, laser beams, jets of chemically active substances.
В качестве ускорителя пламени может быть использовано любое известное устройство, в котором обеспечивается переход горения в детонацию при минимальном преддетонационном расстоянии и минимальных затратах энергии на зажигание топливной смеси.  As a flame accelerator, any known device can be used in which the transition of combustion to detonation is ensured with a minimum pre-knock distance and minimum energy consumption for ignition of the fuel mixture.
Детонационная труба может быть прямой или иметь криволинейные участки: витки, повороты, U-образные повороты и т.п.  The detonation tube can be straight or have curved sections: turns, turns, U-shaped turns, etc.
Детонационная труба может иметь поперечное сечение круговой, прямоугольной, овальной или др. геометрической формы, включая сужающиеся и расширяющиеся участки.  The detonation tube may have a cross-section of a circular, rectangular, oval or other geometric shape, including tapering and expanding sections.
Камера сгорания, ускоритель пламени и детонационная труба могут иметь наружное оребрение.  The combustion chamber, flame accelerator and detonation tube may have external fins.
Сопловой насадок на выходе детонационной трубы может быть одиночным соплом или набором сопел, например, сопел Лаваля, обеспечивающих разнонаправленный выход ударных волн и разнонаправленное истечение струй горячих продуктов детонации внутрь снежно-ледяной массы.  The nozzle nozzle at the exit of the detonation tube can be a single nozzle or a set of nozzles, for example, Laval nozzles, providing multidirectional output of shock waves and multidirectional outflow of jets of hot detonation products into the snow-ice mass.
Сопловый насадок может быть выполнен с изменяемым во времени направлением выхода ударных волн и истечения струй горячих продуктов детонации, например, в виде насадка, вращающегося под действием реактивной силы, создаваемой истекающими струями.  The nozzle nozzle can be made with a time-varying direction of the exit of shock waves and the outflow of jets of hot detonation products, for example, in the form of a nozzle rotating under the action of a reactive force created by the flowing jets.
Резервуар имеет теплоизолированные днище, стенки, а также подъёмную шатровую крышку с окном для подачи снежно-ледяной массы.  The tank has a thermally insulated bottom, walls, as well as a lifting tent cover with a window for supplying snow and ice mass.
Внутренняя полость резервуара имеет форму, которая препятствует образованию застойных зон при движении талой воды, полученной при плавлении снежно-ледяной массы, например, форму цилиндра с основанием в виде круга или эллипса. Внутри резервуара установлены вертикальные металлические штыри для более равномерного прогрева снежно-ледяной массы от горячих поверхностей и для увеличения относительной скорости обдува снежно-ледяной массы ударными волнами и горячими струями продуктов детонации, а также для увеличения относительной скорости обтекания снежно-ледяной массы талой водой. The internal cavity of the tank has a shape that prevents the formation of stagnant zones during the movement of melt water obtained by melting snow-ice mass, for example, the shape of a cylinder with a base in the form of a circle or an ellipse. Vertical metal pins are installed inside the tank to more uniformly warm the snow-ice mass from hot surfaces and to increase the relative speed of blowing the snow-ice mass by shock waves and hot jets of detonation products, as well as to increase the relative speed of the snow-ice mass flowing around melt water.
Резервуар оборудован бункером для приема снежно-ледяной массы и ее направления во внутреннюю полость резервуара.  The tank is equipped with a hopper for receiving snow-ice mass and its direction into the internal cavity of the tank.
Бункер имеет оребрение с наружной и/или внутренней стороны.  The hopper has ribbing on the outside and / or inside.
Система поддержания уровня талой воды выполнена таким образом, что талая вода сливается из нижней части резервуара.  The system for maintaining the level of melt water is designed in such a way that melt water drains from the bottom of the tank.
Краткое описание чертежей  Brief Description of the Drawings
На фиг. 1 приведена схема заявляемого устройства (1 - резервуар, 2 - воздуходувка, 3 - магистраль подачи атмосферного воздуха, 4 - обводной канал, 5 - аэратор, 6 - смесительное устройство с обратным клапаном, 7— камера сгорания, 8 - ускоритель пламени, 9 - детонационная труба, 10 - выходной сопловой насадок, 1 1 - шатровая крышка, 12 - приемный бункер, 13 - вертикальные штыри, 14 - система поддержания уровня талой воды, В - горелка, F - топливные форсунки, SI - источники зажигании, CS - система управления, SM - снежно-ледяная масса, WL - уровень талой воды, DW - детонационная волна).  In FIG. 1 shows a diagram of the claimed device (1 - tank, 2 - blower, 3 - air supply line, 4 - bypass channel, 5 - aerator, 6 - mixing device with non-return valve, 7 - combustion chamber, 8 - flame accelerator, 9 - detonation tube, 10 - nozzle outlet nozzle, 1 1 - hinged cover, 12 - receiving hopper, 13 - vertical pins, 14 - melt water level maintenance system, B - burner, F - fuel nozzles, SI - ignition sources, CS - system control, SM - snow-ice mass, WL - melt water level, DW - detonation wave).
На фиг. 2а, 26, 2в приведены схемы вариантов выходных сопловых насадков.  In FIG. 2a, 26, 2c are diagrams of options for output nozzle nozzles.
Вариант осуществления изобретения  An embodiment of the invention
На фиг. 1 приведена схема заявляемого устройства.  In FIG. 1 shows a diagram of the inventive device.
Основной элемент устройства - горелка (В), состоящая из детонационной трубы (9), один конец которой соединен с ускорителем пламени (8) и камерой сгорания (7), оборудованной смесительным устройством с обратным клапаном (6) с топливными форсунками (F), источниками зажигания (SI) и системой управления (CS). Магистраль (3) соединяет камеру сгорания (7) с воздуходувкой (2), а через обводной канал (4) соединяет воздуходувку (2) с аэратором (5). На другом конце детонационной тубы (9) установлен сопловой насадок (10) (фиг. 2). Детонационная труба (9) размещена на дне резервуара (1) таким образом, что она полностью омывается талой водой, а выходной сопловой насадок (10) расположен над максимальным уровнем талой воды, допускаемым системой поддержания уровня талой воды (14). Резервуар (1) оборудован шатровой крышкой (1 1) с окном для подачи снежно-ледяной массы, приемным бункером (12), вертикальными металлическими штырями (13) и люком для удаления загрязнений (на фиг. 1 не показано). The main element of the device is a burner (B), consisting of a detonation tube (9), one end of which is connected to a flame accelerator (8) and a combustion chamber (7), equipped with a mixing device with a check valve (6) with fuel nozzles (F), ignition sources (SI) and control system (CS). The main (3) connects the combustion chamber (7) to the blower (2), and through the bypass channel (4) connects the blower (2) to the aerator (5). At the other end of the detonation tube (9) installed nozzle nozzles (10) (Fig. 2). The detonation tube (9) is located at the bottom of the tank (1) so that it is completely washed by melt water, and the outlet nozzle nozzles (10) are located above the maximum level of melt water allowed by the system to maintain the level of melt water (14). The tank (1) is equipped with a tent cover (1 1) with a window for supplying snow and ice mass, a receiving a hopper (12), vertical metal pins (13) and a hatch for removing contaminants (not shown in Fig. 1).
Предлагаемое устройство работает следующим образом.  The proposed device operates as follows.
Рабочий цикл устройства начинается после загрузки снежно-ледяной массы в резервуар (1 ) и включения воздуходувки. При этом поток атмосферного воздуха, создаваемый воздуходувкой, может разделяться на две части: одна (основная) часть может поступать в горелку (В), а другая - в обводной канал (4) и в аэратор (5). Рабочий цикл устройства включает три стадии.  The working cycle of the device begins after loading the snow-ice mass into the tank (1) and turning on the blower. In this case, the air flow generated by the blower can be divided into two parts: one (main) part can enter the burner (B), and the other into the bypass channel (4) and into the aerator (5). The duty cycle of the device includes three stages.
На первой стадии (стадия наполнения) основная часть атмосферного воздуха непрерывно поступает через магистраль (3) в смесительное устройство с обратным клапаном (6), где перемешивается с топливом, подаваемым через топливные форсунки (F), а образованная топливная смесь полностью заполняет камеру сгорания (7) и ускоритель пламени (8), а также полностью или частично - детонационную трубу (9). Время подачи топлива через топливные форсунки (F) задаётся системой управления (CS) в зависимости от заданной оператором степени заполнения детонационной трубы (9) топливной смесью. Другая часть атмосферного воздуха непрерывно поступает в резервуар (1) со снежно-ледяной массой и/или с талой водой через обводной канал (4) и аэратор (5), барботируя талую воду. Барботаж талой воды атмосферным воздухом вовлекает в движение талую воду и способствует интенсификации плавления снежно-ледяной массы. Стадия наполнения заканчивается, когда обратный клапан смесительного устройства (6) закрывается, и на источники зажигания (SI) подаётся напряжение по команде системы управления (CS).  At the first stage (filling stage), the main part of the atmospheric air continuously enters through the line (3) into a mixing device with a non-return valve (6), where it is mixed with the fuel supplied through the fuel nozzles (F), and the formed fuel mixture completely fills the combustion chamber ( 7) and the flame accelerator (8), as well as in whole or in part, the detonation tube (9). The time for supplying fuel through the fuel nozzles (F) is set by the control system (CS) depending on the degree of filling of the detonation tube (9) with the fuel mixture specified by the operator. Another part of the atmospheric air continuously enters the reservoir (1) with snow-ice mass and / or with melt water through the bypass channel (4) and the aerator (5), sparging melt water. Sparging of melt water with atmospheric air draws melt water into the movement and contributes to the intensification of melting of snow-ice mass. The filling stage ends when the check valve of the mixing device (6) closes and the ignition sources (SI) are energized by command from the control system (CS).
На второй стадии (рабочая стадия) обратный клапан смесительного устройства (6) закрыт, и весь поток воздуха от воздуходувки направляется через обводной канал (4) в аэратор (5). Смесь в камере сгорания (7) зажигается, и образованная волна горения, пройдя через ускоритель пламени (8), превращается в детонационную волну благодаря переходу горения в детонацию (Фролов СМ. Быстрый переход горения в детонацию. Химическая физика, 2008, т. 27, N° 6, с. 31-44), которая затем распространяется в детонационной трубе (9) по направлению к выходному сопловому насадку ( 10). Из выходного соплового насадка (10) выходят ударные волны и высокоскоростные струи горячих продуктов детонации, которые проникают в снежно- ледяную массу, разрыхляют ее и измельчают содержащиеся в ней плотные фракции (например, лёд и/или прессованный снег) и одновременно расплавляют ее, а также вовлекают в движение талую воду, полученную в процессе плавления снежно-ледяной массы, с образованием водяной пелены и брызг, что в целом способствует увеличению скорости плавления снежно-ледяной массы. Интенсивность ударных волн и длительность воздействия высокоскоростных струй горячих продуктов детонации на снежно-ледяную массу регулируется степенью заполнения детонационной трубы (9) топливной смесью. Снежно-ледяная масса также расплавляется горячими стенками горелки (В) и талой водой в резервуаре (1), нагретой горячими стенками горелки (В). Барботаж талой воды атмосферным воздухом, поступающим из воздуходувки (2) в аэратор (5), дополнительно вовлекает в движение талую воду и также способствует интенсификации плавления снежно-ледяной массы. Вторая стадия рабочего цикла заканчивается в момент, когда обратный клапан смесительного устройства открывается. In the second stage (working stage), the check valve of the mixing device (6) is closed, and the entire air flow from the blower is directed through the bypass channel (4) to the aerator (5). The mixture in the combustion chamber (7) is ignited, and the generated combustion wave, passing through the flame accelerator (8), turns into a detonation wave due to the transition of combustion to detonation (Frolov SM. Fast transition of combustion to detonation. Chemical Physics, 2008, v. 27, N ° 6, pp. 31-44), which then propagates in the detonation tube (9) towards the outlet nozzle nozzle (10). Shock waves and high-speed jets of hot detonation products exit the nozzle nozzle (10), which penetrate the snow-ice mass, loosen it and crush the dense fractions contained in it (for example, ice and / or compressed snow) and simultaneously melt it, and also involve meltwater obtained in the process of melting the snow-ice mass into the movement, with the formation of a water sheet and spray, which generally contributes to an increase in the melting speed of the snow-ice mass. The intensity of the shock waves and the duration of the impact of high-speed jets of hot detonation products on the snow-ice mass is controlled by the degree of filling of the detonation tube (9) with the fuel mixture. The snow-ice mass is also melted by the hot walls of the burner (B) and melt water in the tank (1) heated by the hot walls of the burner (B). Sparging of melt water with atmospheric air coming from the blower (2) to the aerator (5) additionally involves melt water in the movement and also contributes to the intensification of melting of snow-ice mass. The second stage of the working cycle ends at the moment when the check valve of the mixing device opens.
На третьей стадии (стадии продувки) обратный клапан смесительного устройства (6) открыт, и основная часть воздуха от воздуходувки направляется в газодинамический тракт горелки для удаления остаточных горячих продуктов детонации. Другая часть атмосферного воздуха непрерывно поступает в резервуар (1) со снежно-ледяной массой и/или с талой водой через обводной канал (4) и аэратор (5), барботируя талую воду. Барботаж талой воды атмосферным воздухом вовлекает в движение талую воду и способствует интенсификации плавления снежно-ледяной массы. Стадия продувки заканчивается, когда объем атмосферного воздуха, прошедшего через камеру сгорания (7), ускоритель пламени (8) и детонационную трубу (9) превысит не менее чем вдвое их суммарный объем. Далее рабочий цикл повторяется со стадии наполнения.  In the third stage (purge stage), the check valve of the mixing device (6) is open, and the main part of the air from the blower is directed to the gas-dynamic path of the burner to remove residual hot detonation products. Another part of the atmospheric air continuously enters the reservoir (1) with snow-ice mass and / or with melt water through the bypass channel (4) and the aerator (5), sparging melt water. Sparging of melt water with atmospheric air draws melt water into the movement and contributes to the intensification of melting of snow-ice mass. The purge stage ends when the volume of atmospheric air passing through the combustion chamber (7), the flame accelerator (8) and detonation tube (9) exceed at least twice their total volume. Next, the working cycle is repeated from the filling stage.
В процессе работы все элементы горелки: камера сгорания (7), ускоритель пламени (8) и детонационная труба (9) с выходным сопловым насадком (10) охлаждаются талой водой и/или снежно-ледяной массой, причем внешнее оребрение элементов горелки способствует охлаждению горелки и интенсификации плавления снежно-ледяной массы. Оребрение внутренней и внешней поверхностей приемного бункера (12) также способствует интенсификации плавления снежно-ледяной массы, начиная с момента ее загрузки в приемный бункер, за счет теплообмена с горячими продуктами детонации, скопившимися под внутренней поверхностью приемного бункера. Плавление снежно-ледяной массы на внешней поверхности приемного бункера приводит к образованию и стеканию вниз талой воды, которая, попадая в ударные волны и высокоскоростные струи горячих продуктов детонации, образует пелену и брызги, проникающие в снежно-ледяную массу и способствующие увеличению скорости плавления снежно-ледяной массы. During operation, all elements of the burner: the combustion chamber (7), the flame accelerator (8) and the detonation tube (9) with the outlet nozzle nozzle (10) are cooled by melt water and / or snow-ice mass, and the external fins of the burner elements contribute to the cooling of the burner and intensification of melting snow-ice mass. The finning of the inner and outer surfaces of the receiving hopper (12) also contributes to the intensification of melting of snow-ice mass, starting from the moment of its loading into the receiving hopper, due to heat exchange with hot detonation products accumulated under the inner surface of the receiving hopper. Melting of snow-ice mass on the outer surface of the receiving hopper leads to the formation and dripping down of melt water, which, falling into shock waves and high-speed jets of hot detonation products form a veil and splashes penetrating the snow-ice mass and contribute to an increase in the melting speed of the snow-ice mass.
Вертикальные металлические штыри (13), установленные внутри резервуара (1 ), обеспечивают более равномерный прогрев снежно-ледяной массы благодаря эффективной передаче тепла из зоны, прилегающей к горячим элементам горелки, по теплопроводному материалу штырей, а также ограничивают движение снежно-ледяной массы, увеличивая относительную скорость обдува снежно-ледяной массы ударными волнами и горячими струями продуктов детонации, а также увеличивая относительную скорость обтекания снежно-ледяной массы талой водой.  Vertical metal pins (13) installed inside the tank (1) provide more uniform heating of the snow-ice mass due to the efficient transfer of heat from the zone adjacent to the hot elements of the burner through the heat-conducting material of the pins, and also limit the movement of the snow-ice mass, increasing the relative speed of blowing the snow-ice mass by shock waves and hot jets of detonation products, as well as increasing the relative speed of the snow-ice mass flowing around melt water.
Эффективность вовлечения в движение талой воды с помощью ее барботажа воздухом можно повысить, используя вращающийся аэратор или вращающийся аэратор с лопатками.  The effectiveness of involving melt water in the movement by means of its bubbling with air can be increased using a rotating aerator or a rotating aerator with blades.
Для уменьшения тепловых потерь талая вода сливается из нижней части резервуара, где ее температура минимальна.  To reduce heat loss, melt water is drained from the bottom of the tank, where its temperature is minimal.
Заявляемое устройство работает без предварительной подготовки, то есть без сортировки и измельчения снежно-ледяной массы, без предварительного заполнения резервуара (1) водой и без предварительного подогрева воды.  The inventive device operates without preliminary preparation, that is, without sorting and crushing the snow-ice mass, without first filling the tank (1) with water and without pre-heating the water.
Производительностью заявляемого устройства можно управлять, изменяя интенсивность термомеханического воздействия ударных волн, высокоскоростных струй горячих продуктов детонации и горячих поверхностей на снежно-ледяную массу. Интенсивность термомеханического воздействия зависит от количества работающих горелок в составе устройства, от частоты рабочих циклов и от степени заполнения детонационных труб топливной смесью.  The performance of the claimed device can be controlled by changing the intensity of the thermomechanical effect of shock waves, high-speed jets of hot detonation products and hot surfaces on a snow-ice mass. The intensity of the thermomechanical action depends on the number of burners in the device, the frequency of the cycles and the degree of filling of the detonation tubes with the fuel mixture.
Приводим пример осуществления изобретения на опытном образце предлагаемого устройства, оснащенного регистрирующей аппаратурой. Горелка опытного образца включала камеру сгорания внутренним диаметром 80 мм и длиной 170 мм, к которой последовательно присоединены ускоритель пламени внутренним диаметром 50 мм и длиной 1500 мм и детонационная труба внутренним диаметром 50 мм и длиной 700 мм. Камера сгорания содержала смесительное устройство с обратным клапаном, две форсунки подачи топлива и две автомобильные свечи зажигания, и была присоединена к магистрали подачи воздуха от воздуходувки. На выходе из детонационной трубы было установлено расширяющееся коническое сопло длиной 100 мм с углом раствора 20°. Горелку размещали на дне открытого сверху резервуара длиной 2000 мм, высотой 500 мм и шириной 600 мм (объем 0,6 м3), так что переход от ускорителя пламени к детонационной трубе выполнен в виде поворота трубы на 90° вверх (см. фиг. 1 ). Кроме того, выходная часть детонационной трубы была изогнута так, чтобы её ось пересекала геометрический центр резервуара (см. фиг. 1 ). В качестве топлива использовался сжиженный нефтяной газ (пропан-бутан), причем расходы воздуха и топлива выбирались такими, чтобы состав топливной смеси, заполняющей газодинамический тракт горелки, был близок к стехиометрическому составу. We give an example embodiment of the invention on a prototype of the proposed device, equipped with recording equipment. The prototype burner included a combustion chamber with an internal diameter of 80 mm and a length of 170 mm, to which a flame accelerator with an internal diameter of 50 mm and a length of 1500 mm and a detonation tube with an internal diameter of 50 mm and a length of 700 mm were connected in series. The combustion chamber contained a mixing device with a non-return valve, two fuel nozzles and two automobile spark plugs, and was connected to the air supply line from the blower. At the exit of the detonation tube, an expanding conical nozzle of 100 length was installed mm with a solution angle of 20 °. The burner was placed on the bottom of a tank open at the top with a length of 2000 mm, a height of 500 mm and a width of 600 mm (volume 0.6 m 3 ), so that the transition from the flame accelerator to the detonation pipe is made in the form of a 90 ° rotation of the pipe (see FIG. one ). In addition, the outlet of the detonation tube was bent so that its axis intersected the geometric center of the tank (see Fig. 1). The fuel used was liquefied petroleum gas (propane-butane), and the air and fuel consumption were chosen so that the composition of the fuel mixture filling the gas-dynamic path of the burner was close to the stoichiometric composition.
Перед запуском устройства сухой резервуар однократно заполняли снежно- ледяной массой плотностью ~ 350 кг/м3 без какой-либо предварительной обработки. Время, затраченное на полное расплавление снежно-ледяной массы при частоте рабочих циклов 9-10 Гц, составило менее 8 мин. При этом расход пропана составил около 3.5 литров. Before starting up the device, the dry reservoir was filled once with a snow-ice mass with a density of ~ 350 kg / m 3 without any preliminary treatment. The time taken for the complete melting of the snow-ice mass at a frequency of working cycles of 9-10 Hz was less than 8 minutes. At the same time, propane consumption was about 3.5 liters.
Таким образом, предложенные способ и устройство позволяют использовать в полной мере преимущества импульсно-детонационного горения, заключающиеся в более высокой термодинамической эффективности, в более высокой температуре продуктов детонации, в комбинированном тепловом и механическом (ударно- волновом) воздействии на расплавляемую среду, а также в снижении эмиссии экологически вредных веществ.  Thus, the proposed method and device allows you to fully use the advantages of pulsed-detonation combustion, consisting in a higher thermodynamic efficiency, at a higher temperature of the detonation products, in the combined thermal and mechanical (shock wave) effect on the molten medium, as well as reducing emissions of environmentally harmful substances.

Claims

Формула изобретения Claim
Пункт 1. Способ измельчения и плавления снежно-ледяной массы, включающий её нагрев через стенки трубы, горячими газами, а также полученной в процессе плавления горячей водой, в котором снежно-ледяная масса одновременно измельчается и плавится под действием ударных волн и высокоскоростных струй горячих продуктов детонации, причем ударные волны и высокоскоростные струи горячих продуктов детонации периодически генерируются в трубе с топливной смесью благодаря переходу горения в детонацию; при этом кроме измельчения и расплавления снежно-ледяной массы ударные волны и высокоскоростные струи горячих продуктов детонации вовлекают в движение фрагменты снежно-ледяной массы и горячую талую воду, полученную в процессе плавления, а также приводят к образованию водяной пелены и брызг, проникающих в снежно-ледяную массу, что в целом обеспечивает плавление снежно-ледяной массы без ее предварительной подготовки и без использования предварительно поданной подогретой воды;  Item 1. A method of grinding and melting a snow-ice mass, including its heating through the pipe walls, with hot gases, as well as obtained in the process of melting with hot water, in which the snow-ice mass is simultaneously crushed and melted under the influence of shock waves and high-speed jets of hot products detonation, and shock waves and high-speed jets of hot detonation products are periodically generated in the pipe with the fuel mixture due to the transition of combustion to detonation; in addition to crushing and melting the snow-ice mass, shock waves and high-speed jets of hot detonation products involve the movement of snow-ice mass fragments and hot melt water obtained during the melting process, and also lead to the formation of a water sheet and splashes penetrating the snow and ice ice mass, which generally provides melting of the snow-ice mass without its preliminary preparation and without the use of pre-heated water;
Пункт 2. Устройство для измельчения и плавления снежно-ледяной массы, содержащее резервуар для расплавляемой снежно-ледяной массы с люком для удаления загрязнений, с системой поддержания уровня талой воды, воздуходувку и горелку, включающую камеру сгорания с топливной форсункой, отличающееся тем, что устройство имеет одну или несколько горелок, каждая горелка оборудована магистралью подачи атмосферного воздуха и дополнительно к камере сгорания включает присоединенные к ней ускоритель пламени и детонационную трубу с выходным сопловым насадком, образующие единый газодинамический тракт, в каждой камере сгорания установлены один или несколько источников зажигания и смесительное устройство для формирования топливной смеси, оборудованное обратным клапаном, причем компоненты топливной смеси подаются в горелку через смесительное устройство камеры сгорания непрерывно или периодически и заполняют горелку полностью или частично.  Item 2. A device for grinding and melting snow-ice mass, containing a reservoir for melted snow-ice mass with a hatch for removing contaminants, with a system for maintaining melt water level, a blower and a burner including a combustion chamber with a fuel nozzle, characterized in that the device has one or more burners, each burner is equipped with an atmospheric air supply line and, in addition to the combustion chamber, includes a flame accelerator and a detonation pipe connected to it with an outlet nozzle with a nozzle forming a single gas-dynamic path, one or more ignition sources and a mixing device for forming a fuel mixture equipped with a check valve are installed in each combustion chamber, the components of the fuel mixture being fed into the burner through the mixing device of the combustion chamber continuously or periodically and filling the burner fully or partially .
Пункт 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в качестве топлива используется газообразное или жидкое горючее или их комбинация, а в качестве окислителя - атмосферный воздух.  Clause 3. The device according to claim 2, characterized in that gaseous or liquid fuel or a combination thereof is used as fuel, and atmospheric air as an oxidizing agent.
Пункт 4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что магистраль подачи атмосферного воздуха в горелку оборудована обводным каналом, сообщающимся с атмосферой или введенным внутрь резервуара с талой водой. Пункт 5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что на конце обводного канала, введенного внутрь резервуара с талой водой, может быть установлен аэратор. Point 4. The device according to p. 2, characterized in that the line for supplying atmospheric air to the burner is equipped with a bypass channel communicating with the atmosphere or introduced into the tank with melt water. Clause 5. The device according to claim 2, characterized in that an aerator can be installed at the end of the bypass channel introduced into the tank with melt water.
Пункт 6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что аэратор может быть выполнен либо неподвижным, либо вращающимся, например, за счет реактивной силы, создаваемой истекающими струями воздуха.  Paragraph 6. The device according to p. 5, characterized in that the aerator can be either stationary or rotating, for example, due to the reactive force created by the flowing jets of air.
Пункт 7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что вращающийся аэратор снабжен лопатками для передачи движения талой воде, полученной в процессе плавления снежно-ледяной массы.  Paragraph 7. The device according to p. 5, characterized in that the rotating aerator is equipped with blades for transmitting movement of melt water obtained in the process of melting snow-ice mass.
Пункт 8. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что обратный клапан смесительного устройства может быть с механическим, гидравлическим, пневматическим или электромеханическим приводом или может приводиться в движение под действием перепада давления на нем.  Paragraph 8. The device according to claim 2, characterized in that the check valve of the mixing device can be mechanically, hydraulically, pneumatically or electromechanically driven or can be driven by a differential pressure across it.
Пункт 9. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что камера сгорания может быть прямой или иметь криволинейные участки.  Clause 9. The device according to p. 2, characterized in that the combustion chamber can be straight or have curved sections.
Пункт 10. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что камера сгорания может иметь поперечное сечение круговой, прямоугольной, овальной или др. геометрической формы.  Paragraph 10. The device according to p. 2, characterized in that the combustion chamber may have a cross-section of a circular, rectangular, oval or other geometric shape.
Пункт 1 1. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в качестве источников зажигания предпочтительно использовать форкамеру с распределенными отверстиями для подачи турбулентных струй горячих продуктов горения, или использовать один или несколько других известных источников зажигания, способных поджечь поток топливной смеси, например, электроразрядные свечи, лазерные лучи, струи химически активных веществ.  Clause 1 1. The device according to claim 2, characterized in that it is preferable to use a prechamber with distributed openings for supplying turbulent jets of hot combustion products as ignition sources, or to use one or more other known ignition sources capable of igniting a flow of a fuel mixture, for example electric discharge candles, laser beams, jets of chemically active substances.
Пункт 12. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в качестве ускорителя пламени может быть использовано любое известное устройство, в котором обеспечивается переход горения в детонацию при минимальном преддетонационном расстоянии и минимальных затратах энергии на зажигание топливной смеси.  Paragraph 12. The device according to claim 2, characterized in that any known device can be used as a flame accelerator, in which the transition of combustion to detonation is ensured with a minimum pre-knock distance and minimum energy consumption for ignition of the fuel mixture.
Пункт 13. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что детонационная труба может быть прямой или иметь криволинейные участки: витки, повороты, U-образные повороты и т.п.  Clause 13. The device according to claim 2, characterized in that the detonation tube can be straight or have curved sections: turns, turns, U-shaped turns, etc.
Пункт 14. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что детонационная труба может иметь поперечное сечение круговой, прямоугольной, овальной или др. геометрической формы, включая сужающиеся и расширяющиеся участки. Пункт 15. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что камера сгорания, ускоритель пламени и детонационная труба могут иметь наружное оребрение. Paragraph 14. The device according to p. 2, characterized in that the detonation tube may have a cross section of circular, rectangular, oval or other geometric shapes, including tapering and expanding sections. Clause 15. The device according to claim 2, characterized in that the combustion chamber, flame accelerator and detonation tube may have external fins.
Пункт 16. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что сопловой насадок на выходе детонационной трубы может быть одиночным соплом или набором сопел, например, сопел Лаваля, обеспечивающих разнонаправленный выход ударных волн и разнонаправленное истечение струй горячих продуктов детонации внутрь снежно- ледяной массы.  Clause 16. The device according to claim 2, characterized in that the nozzle nozzles at the exit of the detonation tube can be a single nozzle or a set of nozzles, for example, Laval nozzles, providing multidirectional output of shock waves and multidirectional outflow of jets of hot detonation products into the snow-ice mass.
Пункт 17. Устройство по п. 16, отличающееся тем, что сопловый насадок может быть выполнен с изменяемым во времени направлением выхода ударных волн и истечения струй горячих продуктов детонации, например, в виде насадка, вращающегося под действием реактивной силы, создаваемой истекающими струями.  Clause 17. The device according to p. 16, characterized in that the nozzle nozzles can be made with a time-varying direction of shock waves and the expiration of jets of hot detonation products, for example, in the form of a nozzle rotating under the action of a reactive force created by the flowing jets.
Пункт 18. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что резервуар имеет теплоизолированные днище, стенки, а также подъёмную шатровую крышку с окном для подачи снежно-ледяной массы.  Clause 18. The device according to p. 2, characterized in that the tank has a heat-insulated bottom, walls, as well as a lifting tent cover with a window for supplying snow and ice mass.
Пункт 19. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что внутренняя полость резервуара имеет форму, которая препятствует образованию застойных зон при движении талой воды, полученной при плавлении снежно-ледяной массы, например, форму цилиндра с основанием в виде круга или эллипса.  Paragraph 19. The device according to p. 2, characterized in that the internal cavity of the tank has a shape that prevents the formation of stagnant zones during the movement of melt water obtained by melting snow-ice mass, for example, the shape of a cylinder with a base in the form of a circle or an ellipse.
Пункт 20. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что внутри резервуара установлены вертикальные металлические штыри для более равномерного прогрева снежно-ледяной массы от горячих поверхностей и для увеличения относительной скорости обдува снежно-ледяной массы ударными волнами и горячими струями продуктов детонации, а также для увеличения относительной скорости обтекания снежно-ледяной массы талой водой.  Clause 20. The device according to claim 2, characterized in that vertical metal pins are installed inside the tank for more uniform heating of the snow-ice mass from hot surfaces and for increasing the relative speed of blowing the snow-ice mass by shock waves and hot jets of detonation products, and to increase the relative velocity of the meltwater flow around the snow-ice mass.
Пункт 21. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что резервуар оборудован бункером для приема снежно-ледяной массы и ее направления во внутреннюю полость резервуара.  Clause 21. The device according to p. 2, characterized in that the tank is equipped with a hopper for receiving snow-ice mass and its direction into the internal cavity of the tank.
Пункт 22. Устройство по п. 21, отличающееся тем, что бункер имеет оребрение с наружной и/или внутренней стороны.  Clause 22. The device according to p. 21, characterized in that the hopper has a rib on the outside and / or inside.
Пункт 23. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что система поддержания уровня талой воды выполнена таким образом, что талая вода сливается из нижней части резервуара.  Paragraph 23. The device according to p. 2, characterized in that the system for maintaining the level of melt water is made in such a way that melt water is drained from the bottom of the tank.
PCT/RU2013/001149 2013-12-23 2013-12-23 Method for crushing and melting a mass of snow and ice and device for implementing same WO2015099553A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2013/001149 WO2015099553A1 (en) 2013-12-23 2013-12-23 Method for crushing and melting a mass of snow and ice and device for implementing same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2013/001149 WO2015099553A1 (en) 2013-12-23 2013-12-23 Method for crushing and melting a mass of snow and ice and device for implementing same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015099553A1 true WO2015099553A1 (en) 2015-07-02

Family

ID=53479282

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2013/001149 WO2015099553A1 (en) 2013-12-23 2013-12-23 Method for crushing and melting a mass of snow and ice and device for implementing same

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2015099553A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2644422C1 (en) * 2017-04-12 2018-02-12 Общество с ограниченной ответственностью "Новые физические принципы" Method for ultra-fine spraying of liquid fuel and device therefor
CN114508330A (en) * 2022-01-15 2022-05-17 江苏华安科研仪器有限公司 High-pressure internal circulation CO2Thawing apparatus for driving and extracting well

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1390290A1 (en) * 1986-11-17 1988-04-23 Государственный научно-исследовательский институт гражданской авиации Device for cleaning pavings from ice
RU2173744C1 (en) * 2000-04-13 2001-09-20 Акционерное общество открытого типа "Экотеплогаз" Method and device for forced snow thawing
RU2195526C1 (en) * 2001-11-15 2002-12-27 Сухолитко Валентин Афанасьевич Snow melter
JP2004232271A (en) * 2003-01-29 2004-08-19 Shizuoka Seiki Co Ltd Hot blast snow melter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1390290A1 (en) * 1986-11-17 1988-04-23 Государственный научно-исследовательский институт гражданской авиации Device for cleaning pavings from ice
RU2173744C1 (en) * 2000-04-13 2001-09-20 Акционерное общество открытого типа "Экотеплогаз" Method and device for forced snow thawing
RU2195526C1 (en) * 2001-11-15 2002-12-27 Сухолитко Валентин Афанасьевич Snow melter
JP2004232271A (en) * 2003-01-29 2004-08-19 Shizuoka Seiki Co Ltd Hot blast snow melter

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2644422C1 (en) * 2017-04-12 2018-02-12 Общество с ограниченной ответственностью "Новые физические принципы" Method for ultra-fine spraying of liquid fuel and device therefor
CN114508330A (en) * 2022-01-15 2022-05-17 江苏华安科研仪器有限公司 High-pressure internal circulation CO2Thawing apparatus for driving and extracting well
CN114508330B (en) * 2022-01-15 2024-01-23 江苏华安科研仪器有限公司 High-pressure internal circulation CO 2 Defreezing device for flooding extraction well

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3513662B1 (en) Cogeneration system
US3174477A (en) Snow removal equipment
US4301750A (en) Method for pyrolyzing waste materials
WO2015099553A1 (en) Method for crushing and melting a mass of snow and ice and device for implementing same
KR20030051667A (en) Device for producing a plasma, ionisation method, use of said method and production processes using said device
KR100461775B1 (en) Snowdrift solution system where the solution power improves
RU2484199C2 (en) Snow melting unit
KR100765984B1 (en) Apparatus for melting waste plastics
KR101049715B1 (en) A hot air fan
KR20150012845A (en) Gas mixture of hydrogen fuel boiler combustion system
RU2630907C2 (en) Device for receiving water from snow and (or) ice
CN204475131U (en) A kind of heating material of asphalt pavement repairing vehicle and recycle heat heat-transfer device
RU2539414C2 (en) Apparatus for burning solid fuel in pulsating flow
KR100268389B1 (en) A boiler
CA1207143A (en) Metal melting furnace
JPWO2005033582A1 (en) Combustion device
US3866412A (en) Lightweight, small, combined gas and steam motor
CN216557168U (en) Organic garbage thermal cracking tail gas combustion device
CN212657728U (en) Concentrated solution immersion combustion device
RU213773U1 (en) Device for burning natural gas and oxygen
JP2004125299A (en) Organic waste combustion treatment device
CN207635356U (en) Dangerous waste incineration feeding equipment and rotary kiln type waste incinerator
KR101948304B1 (en) Converging fuel burning system using water and oil as fuel
CN2287211Y (en) Heater for fuel oil of vehicle
RU2615856C1 (en) Method of contact liquids heating and device for its implementation

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13900521

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13900521

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1