021903 B1 021903 B1 (11) 021903

Евразийское
патентное
ведомство
(19)
(11)
021903
(13)
B1
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45)
Дата публикации и выдачи патента
2015.09.30
(21)
(51) Int. Cl. F25C 3/04 (2006.01)
B05B 1/00 (2006.01)
Номер заявки
201000995
(22)
Дата подачи заявки
2008.07.08
(54)
УСТРОЙСТВО, ПРИМЕНЕНИЕ УСТРОЙСТВА, ПРИСПОСОБЛЕНИЕ, СНЕГОВОЕ
КОПЬЕ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАРОДЫШЕЙ ЛЬДА И ИСКУССТВЕННОГО
СНЕГА
B1
(72)
Изобретатель:
(74)
Представитель:
(57)
Кристаллизационное сопло (20) для получения зародышей льда образовано в виде конвергентнодивергентного сопла. Канал (25) сопла имеет расширяющийся участок (27). Отношение площади
поперечного сечения выходного отверстия к площади поперечного сечения канала 25 сопла в
области внутреннего диаметра (26) составляет по меньшей мере 4:1. Снеговое копье (1) по меньшей
мере с одним кристаллизационным соплом (20) и по меньшей мере с одним водяным соплом (30,
301) образовано так, что созданные с помощью водяного сопла (30, 301) водяные капли (32) проходят
дистанцию (31, 311) по меньшей мере 20 см, пока они не встретят в зоне зарождения (Е) зародыши
(28) льда из кристаллизационного сопла (20).
Ленер Даниэла, Фов Матьё, Кох
Бруно, Дангель Клаус (CH)
Фелицына С.Б. (RU)
B1
021903
(56) US-A-5090619
CA-C-2015646
US-A-6152380
DE-A1-19819982
JP-A-2005127577
US-A-6119956
US-A1-2004046041
US-A-5520331
EP-A-0787959
US-A-4353504
DE-A1-2941052
021903
(31) 07123230.0
(32) 2007.12.14
(33) EP
(43) 2011.02.28
(86) PCT/EP2008/058863
(87) WO 2009/077211 2009.06.25
(71)(73) Заявитель и патентовладелец:
БЭЧЛЕР ТОП ТРЕК АГ (CH)
021903
Изобретение относится к устройству, в частности кристаллизационному соплу, применению устройства, приспособлению, снеговому копью и способу получения зародышей льда или искусственного
снега согласно ограничительной части независимых пунктов формулы изобретения.
Получение искусственного снега известно уже давно. Снеговые пушки или снеговые копья применяются в большом количестве форм, в частности, в областях зимнего спорта. Согласно известному способу при этом в так называемом кристаллизационном сопле создается струя зародышей льда, которая
вступает в контакт со струей капель воды. Благодаря этим так называемым зародышам льда из охлаждающихся водяных капель возникает снег.
Для получения зародышей льда вода охлаждается и распыляется при применении сжатого воздуха.
Существенным параметром для экономичной работы таких кристаллизационных сопел является количество сжатого воздуха, которое должно применяться для достижения желаемого эффекта. Количество
сжатого воздуха определяет затраты энергии и в итоге производственные издержки. Другим существенным рабочим параметром является температура окружающей среды, замеренная смоченным термометром. С помощью известных снеговых копий можно получать искусственный снег примерно до минус 3минус 4°. Существует потребность в возможности получения искусственного снега, также при более высоких температурах без повышенных затрат энергии.
Для получения зародышей льда известны, например, конвергентные кристаллизационные сопла, у
которых поперечное сечение в канале сопла непрерывно сужается в направлении выхода: соответствующие сопла известны, например, из FR 2617273, US 4145000, US 4516722, US 3908903 или FR 2594528.
Кроме того, известны ковергентно-дивергентные кристаллизационные сопла, в которых используется
принцип Лаваля. Такие кристаллизационные сопла показаны, например, в US 4903895, US 3716190, US
4793554 или в US 4383646. Все эти известные кристаллизационные сопла, правда, требуют сравнительно
высоких затрат энергии для получения зародышей.
Для получения искусственного снега, кроме того, известны конструктивные формы сопла, которые
непосредственно скомбинированы с водяными соплами. Соответствующие решения известны из US
2006/0071091, US 5909844, WO 94/19655 или US 5529242, а также WO 90/12264. Так, например, сопло
согласно US 5090619 создает пузырьковый режим потока, поэтому на практике при выходе из сопла в
лед может превращаться только очень небольшая доля воды, направленной через сопло. Отношение массового потока (ALR; отношение массового потока воздуха к воде) составляет по оценке заявителя только
около 0,01. Таким образом, это сопло не может использоваться в качестве кристаллизационного сопла
для получения зародышей льда.
В US 5593090 представлено устройство, в котором рядом друг с другом расположено большое количество водяных сопел.
Очень распространены снеговые копья, в которых по соседству друг с другом на корпусе копья
расположены кристаллизационные сопла и водяные сопла, так что полученные зародыши льда и капли
воды находятся в контакте друг с другом в зародышевой зоне смежной с корпусом копья. Такие решения
известны, например, из DE 102004053984 В3, US 6508412, US 6182905, US 6032872, US 7114662, US
5810251. Другие снеговые копья описаны в US 5004151, US 5810251 или FR 2877076.
Известные кристаллизационные сопла и снеговые копья при этом обладают недостатками. В частности, они могут применяться только при относительно низких наружных температурах или температурах воды.
В связи с этим задачей настоящего изобретения является устранение известных недостатков, в частности создание устройства, приспособления, снежного копья, а также способа получения зародышей
льда или искусственного снега, которые позволяют получить искусственный снег с возможно низкими
затратами энергии и при возможно высокой наружной температуре или температуре воды.
В соответствии с изобретением эти и другие задачи решаются согласно отличительной части независимых пунктов формулы изобретения.
Предложенное согласно изобретению кристаллизационное сопло служит для получения зародышей
льда. Кристаллизационное сопло имеет канал сопла, который снабжен по меньшей мере одним отверстием для поступления сжатого воздуха и по меньшей мере одним отверстием для поступления воды. Вода,
поступившая в канал сопла через отверстие для поступления воды, получает ускорение от сжатого воздуха и выходит через выходное отверстие кристаллизационного сопла и при этом распыляется.
Поперечное сечение канала сопла на первом участке сужается в направлении выходного отверстия
до внутреннего диаметра. Затем поперечное сечение канала сопла на втором участке снова расширяется
в направлении выходного отверстия. Таким образом, в случае кристаллизационного сопла речь идет о
конвергентно-дивергентном сопле.
Согласно изобретению отношение площади поперечного сечения выходного отверстия к площади
поперечного сечения канала сопла в области внутреннего диаметра составляет примерно 4:1, преимущественно 9:1. Оказалось, что при такой геометрии сопла эффективность кристаллизационного сопла существенно увеличивается или необходимые затраты энергии могут заметно снижаться. Геометрия сопла на
расширяющемся втором участке выбрана таким образом, что при работе на этом участке устанавливается разрежение. Благодаря этому в сопле достигается более низкая температура, вследствие чего также
-1-
021903
дальше может опускаться температура воды. Это дает преимущество в том, что даже при высокой температуре воды до 10°С в сопле достигается еще достаточное охлаждение, без необходимости повышения
отношения массового потока воздуха к массовому потоку воды. Одновременно геометрия ведет к тому,
что после выходного отверстия в выходящей среде благодаря выравниванию давления происходят удары. Удары получаются всегда, когда давление на выходе сопла не точно соответствует давлению окружающей среды. При повышенном отношении площадей обеспечивается то, что удары происходят только
тогда, когда оптимально использован сжатый воздух.
Предполагается, что при предложенном согласно изобретению кристаллизационном сопле энергия
преобразования для получения зародышей льда возникает только при небольшом переохлаждении. Одновременно направленно образованные после выходного отверстия удары служат для того, чтобы препятствовать застыванию.
Кристаллизационные сопла с различным отношением площадей в климатическом канале находились в экстремальных условиях, т.е. при высоких температурах окружающей среды, очень высоких температурах воды и большой долей воды в кристаллизационном сопле. В кристаллизационных соплах с
высоким отношением площадей при таких условиях был ощутим еще и град зародышей льда.
Полный угол канала сопла составляет максимум 30°, предпочтительно от 10 до 20°.
Оказалось, что при таком расширенном участке и длине канала сопла получаются оптимальные результаты. В частности, необходима определенная длина канала сопла в расширяющейся области, чтобы
сжатый воздух, охлаждающийся при ускорении, мог достаточно охлаждать транспортируемые водяные
капельки. Для этого процесса выравнивания требуется достаточно времени.
Описанная выше геометрия сопла также полезна для большего устройства для получения зародышей льда. Это устройство может включать сопловую часть, в которой поступление воды и поступление
сжатого воздуха осуществляется не через отдельные отверстия, а через по меньшей мере одно общее
входное отверстие сопла для уже существующей смеси вода-воздух. Разумеется, устройство содержит
также и по меньшей мере одно отверстие для поступления сжатого воздуха и по меньшей мере одно отверстие для поступления воды. Отверстие для поступления сжатого воздуха и отверстие для поступления
воды могут при этом находиться вне сопловой части. Итак, устройство содержит канал сопла или несколько каналов, причем соответствующее поперечное сечение канала сопла на первом участке сужается
в направлении выходного отверстия до внутреннего диаметра и причем поперечное сечение канала сопла
затем на втором участке расширяется в направлении выходного отверстия, причем отношение площади
поперечного сечения выходного отверстия к площади поперечного сечения канала сопла в области внутреннего диаметра составляет по меньшей мере 4:1, преимущественно около 9:1. Так как и с помощью
этой сопловой части можно получать зародыши льда, ниже ради простоты точно также применяется термин "кристаллизационное сопло".
Согласно альтернативному аспекту изобретения канал кристаллизационного сопла на расширяющемся участке образован так, что при работе сопла в расширяющемся участке давление устанавливается
менее 0,6 бар, предпочтительно около 0,2 бар. Одновременно канал сопла образован так, что после выходного отверстия в исходящей среде происходят гидравлические удары. В кристаллизационном сопле,
целенаправленно рассчитанном на достижение таких условий работы, расход сжатого воздуха может
сильно уменьшаться.
В зависимости от применения кристаллизационное сопло может быть образовано в виде сопла с
круглой струей или также в виде сопла с плоской струей.
Типичным образом у предложенного согласно изобретению кристаллизационного сопла отверстие
для поступления воды расположено на канале сопла сбоку. Предпочтительно вода поступает в канал сопла под углом 90°.
Предпочтительное кристаллизационное сопло может получаться в случае, если канал сопла имеет
примерно цилиндрический участок для образования смесительной камеры, к которому примыкает сужающийся первый участок. При этом отверстие для поступления воды может находиться в цилиндрическом участке. Отверстие для поступления воды может быть расположено, например, по отношению к
осевому направлению примерно в середине цилиндрического участка.
Соответствующий участок смешивания между отверстием для поступления воды и первым сужающимся участком в предпочтительной форме осуществления может быть больше, чем двукратный диаметр отверстия для поступления воды (который соответствует диаметру цилиндрического участка) и
особенно предпочтителен по меньшей мере трехкратный диаметр, чтобы образовался по возможности
однородный поток капель.
В предпочтительной форме осуществления канал сопла или устройство в целом может быть рассчитано таким образом, что в области участка смешивания получается тонкая дисперсия или поток капель. При такой форме потока возможно особо тонкое распыление, что дает большое количество зародышей льда.
Канал сопла в зависимости от поперечного сечения одного или нескольких отверстий для поступления воды и площади поперечного сечения в области внутреннего диаметра одного или нескольких
кристаллизационных сопел может быть определен в части размеров таким образом, что при обычных
-2-
021903
диапазонах давления в отрасли производства снега устанавливается или может быть установлено отношение массовых потоков воздуха к воде (ALR) в диапазоне от 0,3 до 1,9 и особенно предпочтительно от
0,3 до 1,7 (например, ALR = 0,6 или ALR = 0,9). В отрасли по производству снега кристаллизационные
сопла работают с давлением воды от 12 до 60 бар абс. и давлением воздуха от 7 до 10 бар абс. В этом
диапазоне отношений массовых потоков, с одной стороны, может получаться большее количество зародышей льда и, с другой стороны, с помощью описываемого кристаллизационного сопла даже в критических диапазонах температуры (температура воды до 10°С и температура воздуха, замеренная смоченным
термометром до -0,5°С) еще может гарантироваться замерзание крошечных водяных капель с превращением в зародыши льда.
Для сохранения отношения массовых потоков в диапазоне от 0,3 до 1,7 и достижения оптимального
образования зародышей льда отношение площади поперечного сечения канала сопла в области внутреннего диаметра к площади поперечного сечения одного или нескольких отверстий для поступления воды
может лежать в диапазоне от 8:1 до 40:1 и преимущественным образом примерно 32:1. Для отношений
абсолютного давления воды к давлению воздуха в диапазоне от 1, 2 до 3 оказались особо предпочтительными отношения площадей 9:1 и при отношении давлений от 3 до 8 отношения площадей 35:1. Поскольку устройство располагает, например, большим количеством каналов сопел с соответствующими внутренними диаметрами, то для названного отношения площадей поперечных сечений в качестве исходной
величины следует выбирать общую площадь поперечного сечения внутреннего диаметра.
Для определенного применения может быть благоприятно, если участок канала с самым узким поперечным сечением и/или примыкающий к нему расширяющийся участок выполнен сравнительно длинным. Таким образом, водяные капельки имеют достаточно времени для охлаждения, благодаря чему может оптимизироваться получение зародышей льда. Длина (LE) участка канала с самым узким поперечным сечением может составлять, например, по меньшей мере двукратный, преимущественно пятикратный и особенно предпочтительно по меньшей мере десятикратный внутренний диаметр.
Прежде всего, в конструктивном отношении может быть полезно, если кристаллизационное сопло
образовано с помощью выполненного цельным конструктивным элементом. Такой конструктивный элемент может быть просто встроен, например, в снеговое копье.
В предпочтительной форме осуществления устройство может иметь по меньшей мере два и преимущественным образом три выходных отверстия. Выходные отверстия могут быть снабжены соответственно предпочтительно кристаллизационными соплами. Выходные отверстия через отделение канала
могут быть соединены с общей смесительной камерой, в которую через по меньшей мере одно отверстие
для поступления сжатого воздуха и через по меньшей мере одно отверстие для поступления воды могут
подаваться воздух и вода для смеси вода-воздух. При таком устройстве кристаллизационные сопла располагают общим входом для сжатого воздуха и воды (вместо отдельных отверстий для поступления сжатого воздуха и воды).
Особенно полезной является смесительная камера, площадь поперечного сечения которой максимум в 9 раз, преимущественно примерно в 7 раз больше площади поперечного сечения в области внутреннего диаметра. Участок для смешивания может соответствовать по меньшей мере 5-кратному, преимущественно по меньшей мере 12-кратному внутреннему диаметру смесительной камеры. С помощью
такой смесительной камеры может достигаться особенно однородный поток капель и таким образом в
сочетании с очень тонким распылением. Тонкое распыление способствует появлению большого количества капель и вместе с очень быстро охлаждающимися в тонко диспергированном потоке каплями, и соответственно большого количества зародышей льда. Подобного рода трубчатая часть для образования
смесительной камеры может быть предпочтительна также в комбинации с обычными кристаллизационными соплами.
Смесительная камера может быть образована трубчатой частью в виде полого цилиндра, причем по
меньшей мере одно отверстие для поступления сжатого воздуха расположено с торцевой стороны трубчатой части и по меньшей мере одно отверстие для поступления воды расположено на боковой стороне в
или на трубчатой части. Разумеется, является возможным выбор других формообразований вместо трубчатой части в виде полого цилиндра. В частности, внешняя форма трубчатой части не должна быть обязательно цилиндрической или частично цилиндрической.
По меньшей мере, в области по меньшей мере одного отверстия для поступления воды, в частности
на внешней боковой стороне трубчатой части, может быть предусмотрено фильтровальное средство. По
меньшей мере одно отверстие для поступления воды могло бы быть закрыто соответственно с помощью
отдельного фильтровального элемента. Однако, особо предпочтительно, если фильтровальный элемент
будет фильтровальным элементом в форме втулки, расположенной на расстоянии вокруг трубчатой части для образования кольцевого зазора. Эта система фильтрования, с одной стороны, дает хороший эффект фильтрации и, с другой стороны, может существенно снизить затраты на обслуживание. При устройстве с разделением канала предпочтительно, если для снабжения большого количества кристаллизационных сопел применяется общее фильтровальное средство (вместо соответственно фильтровального
средства на каждое кристаллизационное сопло). Такое центральное фильтровальное средство может
быть выполнено относительно большим (например, иметь больший размер ширины ячейки).
-3-
021903
Устройство для подвода воды к каналу сопла может иметь проходящий параллельно трубчатой части, снабженный, по меньшей мере, сквозным отверстием для прохода, преимущественно в форме трубы
или с поперечным сечением в форме кольца водопровод, причем через одно или несколько сквозных отверстий может подаваться вода в по меньшей мере одно отверстие для поступления воды.
Трубчатая часть и кристаллизационные сопла, соответствующие выходным отверстиям, могут быть
ориентированы друг к другу примерно под прямым углом. Таким образом, смесь из воздуха и воды отклоняется в канале сопла под прямым углом, благодаря чему может получиться экономное в отношении
места устройство.
Выходные отверстия могут быть снабжены кристаллизационными соплами, распределенными по
периметру вокруг оси и соответственно ориентированными радиально наружу. Подобное устройство
пригодно, в частности, для встраивания в снеговое копье.
Особенно предпочтительно при этом, если устройство снабжено головной частью, на которой преимущественно с помощью винтового соединения закреплены или могут быть закреплены кристаллизационные сопла. Головная часть для образования разделения канала может иметь центральный, проходящий в направлении оси канал, который разделяет направленные от оси подводящие каналы для питания
соответствующих кристаллизационных сопел.
Другой аспект изобретения относится к применению описанного выше устройства, в частности,
описанного выше кристаллизационного сопла для получения зародышей льда в устройстве для получения искусственного снега. Соответственно другой аспект изобретения относится к устройству для получения искусственного снега, как, например, снеговому копью или снеговой пушке с по меньшей мере
одним таким кристаллизационным соплом.
Другой аспект изобретения относится, кроме того, к снеговому копью с по меньшей мере одним
устройством для получения зародышей льда, в частности по меньшей мере одним кристаллизационным
соплом и по меньшей мере одним водяным соплом для получения водяных капель. Обычно является необязательным применение при этом кристаллизационного сопла в описанной выше форме. С помощью
кристаллизационного сопла могут быть получены зародыши льда. С помощью водяного сопла из водяных капель может быть получена водяная струя. После прохода дистанции зародышами льда соответственно после прохода дистанции каплями струя из зародышей льда и струя из водяных капель встречаются в зоне зарождения. Согласно этому аспекту изобретения снеговое копье образовано так, что дистанция
для зародышей льда составляет по меньшей мере 10 см, предпочтительно примерно от 20 до 30 см. В
качестве альтернативы или также одновременно дистанция для капель составляет по меньшей мере 20
см, предпочтительно примерно от 40 до 80 см.
Сравнительно длинные по сравнению с уровнем техники дистанции для зародышей льда или дистанции для капель обеспечивают лучшее замерзание капелек зародышей льда, только слегка замерзших
снаружи после выхода из кристаллизационного сопла, или лучшее охлаждение водяных капель, полученных из водяного сопла. Более длинная дистанция для водяных капель обеспечивает больший отвод
энергии в окружающую среду благодаря конвекции и испарению. Так как водяные капли таким способом
могут охлаждаться сравнительно сильно (оптимально до ниже 0°С), зародыши льда не плавятся в контакте с водяными каплями. В то время как в опытах длина дистанции для водяных капель от 20 до 80 см
оказалась особенно предпочтительной, возможно было бы в принципе дальнейшее удлинение дистанции
для водяных капель. В общем пытаются образовать дистанцию для водяных капель по возможности
длинной, причем должно обеспечиваться не слишком сильное расширение струй капель.
Удивительным оказалось, что максимальная температура снега (температура, замеренная смоченным термометром ) с помощью предложенного согласно изобретению устройства может повышаться на
2-3°С. Обычно граница снега составляет с предложенным согласно изобретению снеговым копьем около
минус 1° по сравнению с границей снега минус 3-4° при снеговых копьях согласно уровню техники.
Кроме того, с помощью предложенного согласно изобретению устройства и предложенного согласно
изобретению кристаллизационного сопла может достигаться значительное снижение расхода воздуха по
меньшей мере на 50% по сравнению с уровнем техники.
Предпочтительно снеговое копье имеет корпус копья в основном цилиндрической формы. Кристаллизационное сопло расположено радиально по отношению к оси корпуса копья или наклонно вверх под
углом 45°, т.е. направлено от корпуса копья. Здесь и ниже речь идет о кристаллизационном сопле или
водяном сопле. Разумеется, приведенные ниже варианты исполнения касаются также устройств с более
чем одним кристаллизационным соплом или более чем одним водяным соплом.
Согласно другому предпочтительному примеру осуществления водяное сопло расположено под углом к плоскости, перпендикулярной к оси корпуса копья. Водяное сопло при этом ориентировано напротив кристаллизационного сопла. В результате образуются лежащие где-то на боковой поверхности конуса струи капель. Так как струи капель направляются в предпочтительном направлении, происходит захват окружающего струю капель воздуха. Благодаря повышенному воздухообмену может лучше отводиться необходимая для застывания энергия. Вследствие этого обеспечивается дальнейшее повышение
эффективности предложенного согласно изобретению снегового копья.
Если используются несколько кристаллизационных сопел, то их располагают равномерно по ок-4-
021903
ружности цилиндрического корпуса копья. Одновременно в этом случае при применении нескольких
водяных сопел их также располагают по окружности на корпусе копья. Благодаря такому расположению
могут достигаться особенно однородные результаты образования снега.
Согласно другой особенно предпочтительной форме осуществления корпус копья снабжен двумя
различными группами водяных сопел. Водяные сопла обеих групп расположены по оси в двух различных слоях на корпусе копья. Благодаря различному расположению по оси, дистанции для водяных капель, созданных водяными соплами различных групп, различны. Такое устройство позволяет, сознательно в зависимости от наружной температуры, выбирать более длинные или более короткие дистанции для
капель. При этом особенно предпочтительно, если вода подводится к группам водяных сопел в различных слоях по отдельности. При более низких температурах окружающей среды достаточно сравнительно
коротких дистанций для капель. В этом случае дополнительно подводится вода к водяным соплам, которые расположены ближе к кристаллическим соплам. При более высоких температурах вода подводится к
группе водяных сопел, расположенных дальше от кристаллизационных сопел. Благодаря этому получается еще большая дистанция для капель. Отсюда имеется больше времени для охлаждения водяных капель.
Соответствующие водяные сопла по меньшей мере двух групп водяных сопел могут быть направлены таким образом, что созданные водяными соплами струи капель встречают струю из зародышей
льда, если дистанция для зародышей льда составляет по меньшей мере 10 см, в частности от 20 до 30 см.
Для определенных целей применения может быть предпочтительным, если по меньшей мере одна
группа водяных сопел расположена по оси под по меньшей мере одним кристаллизационным соплом и
если предусмотрена по меньшей мере одна дополнительная группа водяных сопел, расположенная над
по меньшей мере одним кристаллизационным соплом. Эти дополнительные водяные сопла могут еще
больше повысить производительность образования снега.
В частности, если применять несколько кристаллизационных сопел, например шесть кристаллизационных сопел, то оказалось предпочтительным расположение кристаллизационных сопел по отношению к водяным соплам со смещением друг к другу на корпусе сопла, если смотреть в направлении окружности. Благодаря этому получается особенно эффективное перемешивание в зоне зарождения.
Согласно другой форме осуществления снеговое копье для загрузки смесительной камеры может
иметь трубчатую деталь в виде полого цилиндра, к которой благоприятно в аэрогидродинамическом отношении присоединено по меньшей мере одно кристаллизационное сопло. Трубчатая деталь при этом
преимущественно расположена в корпусе копья параллельно оси корпуса копья, вследствие чего снеговое копье может получаться узкой конструктивной формы.
Для питания по меньшей мере одного кристаллизационного сопла и по меньшей мере одного водяного сопла можно предусмотреть общий подводящий трубопровод.
Другой аспект изобретения относится к способу получения зародышей льда при изготовлении искусственного снега. В частности, при этом применяется описанное выше кристаллизационное сопло. При
этом поток из воды и сжатого воздуха направляется по каналу сопла. Канал сопла сужается на первом
участке до внутреннего диаметра. На втором участке канал сопла расширяется снова к выходному отверстию. Согласно предложенному в соответствии с изобретением способу поток направляется в расширяющуюся область с давлением менее 0,6, предпочтительно примерно 0,2 бар. Кроме того, после выхода
из выходного отверстия в выходящей среде происходят гидравлические удары. Считается, что эти гидравлические удары служат для прекращения застывания зародышей льда и это позволяет уменьшить
расходуемую на застывание энергию.
Другой аспект изобретения относится к способу получения искусственного снега. Согласно этому
способу в по меньшей мере одном кристаллизационном сопле получаются зародыши льда и в по меньшей мере одном водяном сопле благодаря распылению воды получаются водяные капли. Обычно применяется описываемое выше кристаллизационное сопло. Созданная с помощью водяного сопла струя капель и созданная с помощью кристаллизационного сопла струя зародышей льда сводятся в области зарождения. Согласно изобретению струя зародышей льда проходит дистанцию по меньшей мере 10 см,
предпочтительно от 20 до 30 см. В качестве альтернативы или дополнительно струя капель может проходить дистанцию по меньшей мере 20 см, предпочтительно от 40 до 80 см.
Согласно предпочтительной форме предложенного в соответствии с изобретением способа водяные
капли с помощью водяных сопел в первом температурном диапазоне создаются в зависимости от температуры окружающей среды, показанной смоченным термометром, на первом расстоянии от кристаллизационного сопла. При втором, более низком диапазоне температур водяные капли создаются с помощью
водяных сопел, расположенных на втором, меньшем по сравнению с первым, расстоянии от кристаллизационного сопла. Таким способом в зависимости от температуры окружающей среды, показанной смоченным термометром, может выбираться оптимальная дистанция для водяных капель.
Струя капель из дополнительных водяных сопел может проделывать дистанцию до области зарождения по меньшей мере 20 см, в частности от 40 до 80 см.
В качестве альтернативы или дополнительно струя капель из дополнительных водяных сопел может проходить дистанцию по меньшей мере 20 см, в частности от 40 до 80 см до второй зоны зарожде-5-
021903
ния, где уже замерзшие капли из групп водяных сопел и/или еще имеющиеся зародыши льда из кристаллизационного сопла являются своего рода затравкой для капель и таким образом способствуют их замерзанию.
Изобретение ниже более подробно поясняется на примерах осуществления с помощью чертежей.
Фиг. 1: схематическое изображение процесса образования снега.
Фиг. 2: поперечное сечение предложенного в соответствии с изобретением кристаллизационного
сопла.
Фиг. 3: изменение температуры воды в кристаллизационном сопле на фиг. 2.
Фиг. 4: вид сбоку предложенного в соответствии с изобретением снегового копья.
Фиг. 5: разрез снегового копья на фиг. 4 вдоль плоскости, перпендикулярной оси снегового копья.
Фиг. 6: число Маха, однородная температура и однородное давление на выходе предложенного в
соответствии с изобретением кристаллизационного сопла в зависимости от отношения площадей внутреннего диаметра и выходного отверстия.
Фиг. 7: графическое представление содержания льда в зависимости от дистанции, пройденной струей капель при предложенном в соответствии с изобретением снеговом копье.
Фиг. 8: теоретическая оптимальная дистанция для струи капель в зависимости от температуры воды
и температуры окружающего воздуха, показанной смоченным термометром.
Фиг. 9: изображение в перспективе верхней части снегового копья согласно второму примеру осуществления.
Фиг. 10: вид сбоку верхнего конца снегового копья на фиг. 9.
Фиг. 11: поперечное сечение снегового копья в области кристаллизационного сопла (линия разреза
А-А на фиг. 10).
Фиг. 12: вид сверху снегового копья на фиг. 9.
Фиг. 13: изображение разреза снегового копья по линии F-F на фиг. 11.
Фиг. 13а: изображение разреза снегового копья по линии Н-Н на фиг. 11.
Фиг. 14: другой вид сверху снегового копья с изображением другой линии разреза.
Фиг. 15: изображение разреза верхнего конца снегового копья по линии В-В на фиг. 14.
Фиг. 16: деталь С из фиг. 15.
Фиг. 17: изображение в перспективе трубчатой части и трех кристаллизационных сопел для снегового копья на фиг. 9.
Фиг. 18: вид сбоку с частичным разрезом трубчатой части в увеличенном изображении.
Фиг. 19: поперечное сечение кристаллизационного сопла на фиг. 17 в сильно увеличенном изображении.
Фиг. 20: вид сбоку корпуса снегового копья.
Фиг. 21: поперечное сечение корпуса копья (линия разреза Н-Н на фиг. 20).
Фиг. 22: другое сечение корпуса копья (линия разреза G-G на фиг. 20).
Фиг. 1 схематически представляет получение искусственного снега с помощью снегового копья. В
кристаллизационном сопле 20 или 50 получаются зародыши льда. В водяном сопле 30 получаются водяные капли 32. Водяные капли 32 движутся на дистанцию 31 до зоны зарождения Е. Зародыши льда 28
движутся на дистанцию 21 до зоны зарождения Е. В зоне зарождения Е водяные капли 32 вступают в
контакт с зародышами льда 28 и затравливаются. На пути движения по дистанции 31 капли 32 воды, распыленные водяным соплом 30, охлаждаются. Затравленные зародышами льда капли воды затем застывают в зоне 40 застывания и падают обычно с высоты Н падения, составляющей около 10 м, в виде снега
на землю.
Фиг. 2 представляет поперечное сечение кристаллизационного сопла 20 в соответствии с изобретением. Кристаллизационное сопло 20 имеет боковое отверстие 22 для поступления воды и осевое отверстие 24 для поступления сжатого воздуха. Отверстие 22 для поступления воды впадает примерно под
прямым углом в канал 25 сопла. Отверстие 24 для поступления сжатого воздуха лежит на оси канала 25
сопла.
Кристаллизационное сопло 20 выполнено в виде конвергентно-дивергентного сопла. То есть канал
25 сопла на первом участке сужается до внутреннего диаметра 26. Во второй, расширяющейся области
27 канал 25 сопла снова расширяется от внутреннего диаметра 26 к выходному отверстию 23.
В показанном на фиг. 2 примере осуществления канал сопла имеет круглое поперечное сечение.
Диаметр DM отверстия 24 для поступления сжатого воздуха составляет 2,0 мм. Диаметр DLW отверстия
22 для поступления воды составляет 0,15 мм. Диаметр DK поперечного сечения канала 25 сопла в области внутреннего диаметра составляет 0,85 мм, в то время как диаметр поперечного сечения DA канала 25
сопла в области выходного отверстия 23 составляет 2,5 мм. Отношение между площадью поперечного
сечения в области выходного отверстия 23 и в области 26 сужения согласно изобретению выбирается по
возможности большим. В представленном примере осуществления отношение составляет около 9:1.
В предписанном режиме работы кристаллизационного сопла через отверстие 24 для поступления
сжатого воздуха подается воздух под давлением от 6 до 10 бар (абсолютное давление воздуха) в количестве максимум 50 нормальных литров в минуту (нл/мин). При применении обычно 6 кристаллизацион-6-
021903
ных сопел в копье получается максимальный расход, составляющий 300 нл/мин. Через отверстие 22 для
поступления воды вода подается в канал 25 сопла под давлением от 15 до 60 бар (абсолютное давление
воздуха). При названном давлении в кристаллизационном сопле получается отношение массовых потоков воздуха и воды от 0,6 до 1,9. В известных случаях возможны отношения массовых потоков воздуха и
воды от 0,3 до 1,7.
В приведенном на фиг. 2 отношении площадей между сужением 26 и выходным отверстием 23 и
при полном угле α раствора конуса около 20° в расширяющейся области 27 при названных рабочих параметрах в расширяющейся области получается давление около 0,2 бар. При сохраняющемся постоянном
отношении площадей угол α может в определенном диапазоне выбираться любым, причем предпочтителен меньший угол. Связанное таким образом более длительное время пребывание в сопле позволяет охлаждаться привнесенным капелькам воды больше времени.
Фиг. 3 показывает схематически работу кристаллизационного сопла 20, представленного на фиг. 2,
при получении зародышей льда. В приведенном примере на фиг. 2 температура воды Tw первоначально
составляет примерно 2°С.
Благодаря сужению поперечного сечения и последующему расширению вода охлаждается сжатым
воздухом. Обычно происходит охлаждение от -1 до -2°С. Это охлаждение меньше, чем желательное охлаждение с помощью существующих кристаллизационных сопел, составляющее от -8 до 12°С. Соответственно в предложенном в соответствии с изобретением кристаллизационном сопле расход сжатого воздуха заметнее меньше.
Благодаря направленному выбору геометрии в расширяющейся области 27 до выходного отверстия
23 создается относительно большое разрежение. Одновременно целенаправленно в области 29 образуются выравнивающие давление удары, которые поддерживают образование зародышей льда или инициируют застывание. MS обозначен участок смешивания для смеси воздух-вода смесительной камеры канала 25 сопла. Участок смешивания MS в данном примере осуществления примерно в 3,5 раза больше диаметра DM канала сопла в области участка смешивания. Сравнительно длинные участки смешивания ведут к предпочтительному, тонко дисперсному потоку капель.
Показанное на фиг. 2 кристаллизационное сопло может в принципе применяться для получения зародышей льда в снеговых пушках или снеговых копьях.
На фиг. 4 показано снеговое копье 1, которое снабжено тремя кристаллизационными соплами 20 (на
фиг. 4, где представлен вид сбоку, видно только одно кристаллизационное сопло 20). Снеговое копье 1
имеет корпус 10 копья. Корпус 10 копья в основном имеет геометрию цилиндра. Кристаллизационные
сопла 20 расположены на конце корпуса 10 копья по его окружности с ориентировкой радиально наружу.
Кроме того, на корпусе 10 копья расположены две группы водяных сопел 30, 30'. На фиг. 4, где показан
вид сбоку, соответственно видно только одно водяное сопло одной группы. Аналогично в каждой группе
равномерно на расстоянии под углом 120° по окружности корпуса 10 копья расположены три водяных
сопла 30 или 30'.
Водяные сопла 30 или 30' расположены с наклоном к плоскости, перпендикулярной оси А корпуса
10 копья. При этом угол β расположенных дальше от кристаллизационного сопла 20 водяных сопел 30
меньше, чем угол β' лежащих ближе к кристаллизационному соплу 20 водяных сопел 30'. Обычно угол β
водяных сопел 30 составляет примерно 30° и угол β' водяных сопел 30' составляет примерно 50°.
Зародыши льда после выхода из кристаллизационного сопла 20 проходят дистанцию 21. Водяные
капли, полученные с помощью водяных сопел 30 или 30', встречаются после прохода каплями дистанции
31 или 31' в зоне зарождения Е с зародышами льда.
В показанном примере осуществления дистанция 31 для капель составляет около 70 см. Дистанция
31' для капель составляет около 50 см. Дистанция 21 для зародышей льда составляет около 25 см.
Благодаря тому что водяные сопла 30 или 30' расположены сравнительно далеко от кристаллизационных сопел 20, получаются сравнительно большие дистанции 31 или 31' капель. Поэтому водяные капли, образованные с помощью водяных сопел 30 или 30', имеют достаточно времени для охлаждения до
необходимой температуры. Дистанции 31, 31' или дистанция 21 для зародышей льда в принципе могут
выбираться любыми выше нижней границы, составляющей обычно примерно 20 см. Верхняя граница
определяется тем, что струи еще должны встретиться в области зарождения. Поэтому в зависимости от
области применения может иметь смысл образовывать кристаллизационное сопло 20 в качестве сопла,
создающего круглую струю (т.е. с круглым поперечным сечением в области выхода) или в качестве сопла, создающего плоскую струю (т.е. с эллиптическим поперечным сечением в области выхода).
Расположение водяных сопел 30 или 30' в двух группах с различным расстоянием до кристаллизационного сопла 20 допускает использование различных рабочих режимов в зависимости от температуры
окружающей среды, показанной смоченным термометром. Обычно при более низких температурах, показанных смоченным термометром, применяются обе группы водяных сопел 30 и 30'. При еще более
низких температурах достаточно более короткой дистанции 31' для капель. При более высоких температурах, показанных смоченным термометром, применяются более удаленные водяные сопла 30. Несмотря
на это при более длинной дистанции 31 для капель обеспечивается достаточное охлаждение.
-7-
021903
Расход воды соплом 30 или 30' составляет при рабочем давлении от 15 до 60 бар обычно от 12 до 24
л/мин. При высоких температурах окружающей среды, замеренных смоченным термометром, обычно от
-4 до -1°С, в примере осуществления с тремя соплами 30 более удаленной группы образование снега
осуществляется при от 36 до 72 л воды в минуту. После подключения водяных сопел 30' ближе лежащей
группы ниже типичных -4°С получается расход от около 72 до 144 л/мин. Для еще более низких температур предусмотрена, по меньшей мере, другая группа водяных сопел, которая здесь не показана.
В корпусе 10 копья известным способом расположены подводящие к отдельным соплам воздух и
воду трубопроводы. Такие подводящие трубопроводы известны специалисту. Поэтому они здесь подробно не описываются.
Описанные различные конструктивные элементы изготовлены из металла. Обычно для корпуса
кристаллизационного, водяного сопла, а также снегового сопла применяется, частично анодированный
алюминий.
Фиг. 5 показывает разрез по плоскости, перпендикулярной оси А корпуса копья. Корпус копья выполнен в основном в форме цилиндра. Три водяных сопла 30 расположены равномерно по окружности
корпуса копья 10 на расстоянии под углом 120°. Внутри корпуса 10 копья показаны подробно не описываемые подводящие трубопроводы для воздуха или воды.
На фиг. 6-8 показаны различные результаты измерения, из которых видна заметно более высокая
эффективность предложенных согласно изобретению кристаллизационного сопла или снегового копья.
На фиг. 6 показаны число Маха, однородная температура и однородное давление в среде в области
выходного отверстия 23 кристаллизационного сопла 20 (см. фиг. 2) в виде теоретических значений. Термин "однородный" здесь означает, что температуры воздуха и воды в сопле уже полностью уравнялись.
В реальности этого никогда не происходит. Поэтому здесь показанные температуры лежат заметнее ниже, чем ожидаемые температуры воды. Геометрия кристаллизационного сопла 20 выбирается таким образом, что число Маха лежит в диапазоне по меньшей мере от 2 до 2,5. В области выходного отверстия
давление в выходящей среде составляет от 0,2 до 0,6 бар. Указанные значения давления и температуры, а
также числа Маха зависят от отношения площадей AA/AK между площадью поперечного сечения в области выходного отверстия 23 и в области сужения 26. Найденное на основе опытов в качестве предпочтительного отношение площадей составляет около 9:1.
На изображении в самом низу на фиг. 6, кроме того, показаны две различные кривые зависимости
давления воздуха в кристаллизационном сопле 20.
На всех трех изображениях на фиг. 6, кроме того, показаны кривые для двух различных отношений
массовых потоков ALR воздуха и воды. Они лежат внутри названных выше границ рабочего диапазона,
которые получаются из типично господствующих диапазонов давления воды и воздуха и геометрии
На фиг. 7 показано среднее содержание льда в процентах в области горизонтальной дистанции около 3,5 м после выхода из сопла. Содержание льда увеличивается с увеличением дистанции, проделанной
каплями. При установленной дистанции 21 для зародышей льда, равной 25 см, и температуре воды в
1,7°С получается при температуре окружающей среды, показанной смоченным термометром, -2°С, при
дистанции, проделанной каплями от 10 или 50 см, возрастающее от 4,5 до 6% содержание льда. Эффект
при более низкой температуре -7°С, показанной смоченным термометром даже более выражен: здесь при
удлинении дистанции, которую проделывают капли, с 10 до 50 см увеличение содержания льда получается от около 12 до почти 15%.
На фиг. 8 показаны, кроме прочего, определенные экспериментально, теоретически оптимальные
дистанции для капель в зависимости от различных температур воды при различных температурах, показанных смоченным термометром. Под теоретически оптимальной дистанцией для капель понимается
такая дистанция, при которой водяные капли из водяных сопел 30 и 30' могут охлаждаться именно до
0°С. Благодаря этому при встрече в зоне зарождения надежно больше не происходит плавление какихлибо зародышей льда, вследствие чего можно ожидать лучших результатов в части образования снега.
Как показано на фиг. 8, при температуре воды 1°С при дистанции, проделанной каплями в диапазоне от
50 см до 1 м при температуре окружающей среды, показанной смоченным термометром, до -2°С покрытие снегом получается оптимальным.
На фиг. 9 показано другое снеговое копье 1, которое по сравнению со снеговым копьем, показанным на фиг. 4, среди прочего, отличается тем, что выше обозначенных позицией 50 кристаллизационных
сопел расположены дополнительные водяные сопла 30''. Геометрия водяных и кристаллизационных сопел в основном оставлена одинаковой. Снеговое копье отличается таким образом сравнительно длинными дистанциями для зародышей льда и капель. Также и здесь дистанция для зародышей льда должна составлять по меньшей мере 10 см, в частности от 20 до 30 см и соответствующие дистанции капель из водяных сопел 30 и/или 30', по меньшей мере 20 см, в частности от 40 до 80 см. Капли из дополнительных
водяных сопел 30'' затравливаются во второй зоне зарождения уже замерзшими каплями из водяных сопел 30 и/или 30' и оставшимися зародышами льда из кристаллизационных сопел (20/50). Снеговое копье
1 располагает ниже более подробно описываемым, альтернативным устройством для получения зародышей льда.
Как следует из фиг. 10, кристаллизационные сопла 50 закреплены в головной части 41. Крепление
-8-
021903
осуществляется, например, с помощью резьбового соединения. Для ввинчивания сопла 50 рядом с выходным отверстием 23 можно видеть два глухих отверстия под установку детали (сравните, например,
следующую ниже фиг. 19). Эта головная часть привинчена к корпусу копья.
Как следует из фиг. 11, три кристаллизационных сопла 50 устройства для получения зародышей
льда снабжаются от общего канала. Через этот канал может подводиться воздушно-водная смесь, которая разделена в разделении 43 канала и подводится к кристаллизационным соплам 50. Позицией 51 обозначено входное отверстие сопла канала кристаллизационного сопла 50. Эти кристаллизационные сопла
50 отличаются от кристаллизационных сопел согласно первому примеру осуществления (сравните фиг.
2, 3) прежде всего тем, что вода направляется в канал сопла не через боковое, отдельное входное отверстие. Основная концепция геометрии канала сопла кристаллизационных сопел 50 оставлена более или
менее одинаковой. Таким образом, кристаллизационное сопло 50 точно также выполнено в виде конвергентно-дивергентного сопла, у которого отношение площади поперечного сечения выходного отверстия
к площади поперечного сечения канала сопла в области внутреннего диаметра составляет по меньшей
мере 4:1 и преимущественно около 9:1. Отдельные кристаллизационные сопла благоприятно в аэрогидродинамическом отношении соединены с подводящими каналами 56, соединенными с центральным каналом 55 в области разделения 43 канала. Далее на фиг. 11 хорошо можно видеть, что водяное сопло 30'
выполнено в виде сопла с плоской струей.
На виде сверху снегового копья 1 согласно фиг. 12 (а также на фиг. 14) видно, что соответственно
три водяных сопла 30' и 30'' (как и, разумеется, невидимые здесь кристаллизационные сопла) с распределением по окружности расположены на корпусе 10 копья.
Фиг. 13 представляет продольный разрез снегового копья 1. Для образования смесительной камеры
предусмотрена выполненная в виде полого цилиндра трубчатая часть 44, в которую через отверстие 24
для поступления сжатого воздуха может быть подведен сжатый воздух. Вода здесь подводится в смесительную камеру трубчатой части 44 сбоку. Трубчатая часть 44 со стороны оболочки окружена внешней
трубой 46, которая имеет два отверстия 48 для поступления воды. Между внешней трубой 46 и трубчатой частью 44 расположен имеющий форму гильзы фильтровальный элемент 49 (см. следующую ниже
фиг. 18). Впрыскивание воды для всех кристаллизационных сопел осуществляется очевидным способом
через общую смесительную камеру. Далее устройство имеет общее, центральное средство 49 фильтрации
воды для трех кристаллизационных сопел. Это имеет то преимущество, что - в сравнении с устройством
согласно первому примеру осуществлению, представленным на фиг. 2, - может выбираться сравнительно
большое отверстие для поступления воды. Это, в частности, имеет преимущества в плане техники изготовления. Другое преимущество состоит также в том, что может упрощаться фильтрация подведенной
воды. Система смесительной камеры согласно второму примеру осуществления дает, например, возможность применения более грубого и занимающего большую площадь фильтра.
С помощью фиг. 13 и 13а ясно, как вода направляется через снеговое копье и подается к водяным и
кристаллизационным соплам. На фиг. 13а видно, как вода в 45' (и 45) подается вверх в головную часть и
там отклоняется. Вода при этом питает зародышеобразователи, одновременно благодаря нагреву головки
предотвращается обледенение. Потом вода снова направляется к основанию копья, где с помощью клапанов распределяется по трем каналам и может снова подаваться вверх (см. фиг. 20-22). Направление
массовых потоков воды обозначено стрелками. Вода с помощью клапанов (не изображены) подведена
соответственно отдельно к трем группам водяных сопел (30, 30', 30''). На фиг. 13 можно видеть проходящий в осевом направлении корпуса сопла канал 59', который служит для снабжения верхних водяных
сопел (30'). Позицией 57 обозначена выемка во внешней оболочке корпуса копья, через которую вода
может попадать в образованный кольцевым элементом 54 кольцевой канал. Кольцевой элемент имеет по
периметру выемки, в которые могут быть ввинчены водяные сопла (сравни, например, фиг. 9 или 10).
Питание сопел 30 также осуществляется подобным способом через кольцевой канал. Позицией 58 обозначен трубопровод, подводящий сжатый воздух. От этого канала 58 сжатый воздух через фильтровальный патрон 52 попадает в трубчатую часть 44.
Фиг. 15 и 16 представляют снеговое копье 1 в другом продольном разрезе, причем на фиг. 16 снеговое копье показано точно в масштабе. На нем, в частности, хорошо видно исполнение канала сопла устройства для получения зародышей льда. Водно-воздушная смесь направляется вдоль первого участка
MS' для смешивания до разделения 43 канала. Потом этот массовый поток отклоняется и разделяется,
пока он в итоге через соответствующие каналы кристаллизационных сопел 50 не достигнет выходного
отверстия 23. Участок MS' для смешивания при этом примерно в 12 раз больше диаметра канала сопла в
области участка для смешивания. Особенно предпочтительные результаты могут достигаться, если весь
участок MS' + MS'' по меньшей мере в 12 раз больше диаметра канала сопла в области участка для смешивания. Оказалось, что участок для смешивания, который по меньшей мере в 3 раза больше диаметра
канала сопла в области участка для смешивания MS', может быть предпочтительным. К смесительной
камере трубчатой части примыкает более короткий, соответствующий головной части канал 55 с одинаковым диаметром канала, который разделяется на три канала 56. Каналы 56 (участок MS'' для смешивания) и таким образом кристаллизационные сопла 50 ориентированы под прямым углом к трубчатой части 44. Площадь поперечного сечения в области участка MS' для смешивания в данном примере примерно
-9-
021903
в 7 раз больше площади общего поперечного сечения трех кристаллизационных сопел в области внутреннего диаметра.
На фиг. 17 представлено детальное изображение трубчатой части 44, а также трех кристаллизационных сопел 50 устройства получения зародышей льда для снегового копья.
Детали трубчатой части 44 видны на фиг. 18. Отверстие 22 для поступления воды по отношению к
осевому направлению расположено примерно в середине трубчатой части 44. Фильтровальный элемент
49 может состоять из проволочной сетки. Такое центральное фильтровальное средство может быть выполнено относительно грубым, вследствие чего может расширяться область применения. Ширина ячейки
проволочного тканевого фильтра (или в общем ширина отверстия) может, например, составлять около
0,1 мм. Фильтровальный элемент 49, как это видно, отстоит на расстоянии от внешней стенки трубчатой
части 44, поэтому образуется кольцевой зазор. Вода из кольцевого зазора через отверстие 22 для поступления воды попадает в трубчатую часть 44 и далее в смесительную камеру, уносится потоком сжатого
воздуха и смешивается с ним. Диаметр отверстий 48 в сравнении с диаметром отверстия 22 для поступления воды во много раз больше. Обозначенный DLW диаметр отверстия 22 для поступления воды в зависимости от цели применения может составлять, например, 0,25 или 0,5 мм. В области отверстия 24 для
поступления сжатого воздуха расположен фильтровальный патрон 52 для очистки подведенного воздуха.
Деталь конструкции кристаллизационного сопла 50 можно видеть на фиг. 19. Сопло 50 выполнено в
виде цельной детали, имеющей наружную резьбу, с помощью которой сопла могут быть закреплены в
соответствующих гнездах на головной части. Данное сопло имеет, в качестве примера, следующие характеристики: диметр выхода DA = 2,5 мм, внутренний диаметр DK = 0,85 мм и диаметр входа DM = 2,1
мм. Диаметр впадающего в сопло канала (56) (здесь не показан) составляет 2,0 мм. Длина LE самого узкого поперечного сечения составляет около 5,4 мм. Благодаря относительно длинному участку (LE) канала с самым узким поперечным сечением (LE), а также сравнительно длинному выходному конусу водяные капли имеют достаточно времени для охлаждения, вследствие чего может быть оптимизировано
получение зародышей льда.
Фиг. 20 представляет корпус 10 копья. Фиг. 21 и 22 показывают разрез корпуса копья в двух различных сечениях по оси. Корпус 10 копья выполнен в виде простирающегося в осевом направлении полого профиля, включающего пять имеющих круглую форму полостей 53, 53', 58, 59, 59', а также четыре
некруглых полости 45, 45', 47, 47'. Средняя полость 58 служит при этом в качестве подводящего сжатый
воздух для кристаллизационных сопел трубопровода. В полостях 45 и 45' вода направляется вверх к
(здесь не показанной) головке копья и там изменяет направление. Потом вода через полости 47 и 47' направляется вниз к (не показанному) клапанному устройству. В зависимости от настройки вода поступает
в круглые каналы 59 и/или 59', которые снабжают водяные сопла, расположенные под кристаллизационными соплами. На фиг. 21 можно видеть продольное отверстие 57, обеспечивающее благоприятное в
аэрогидродинамическом отношении соединение между полостью или каналом 50 и нижними (здесь не
показанными) водяными соплами (30). Полость или канал 59' служит для снабжения верхних водяных
сопел (30'). Каналы 53 и 53' служат для снабжения дополнительных водяных сопел (30''), которые расположены выше кристаллизационных сопел.
На фиг. 22, а также фиг. 20 можно видеть изготовление отверстия 48, которым вода может подводиться к трубчатой части 44 для снабжения кристаллизационных сопел. Эти отверстия могут быть изготовлены простым способом с помощью операции сверления на корпусе копья снаружи. Образующиеся
при этом отверстия на наружной поверхности корпуса 10 копья должны после этого закрываться. На фиг.
22 с помощью заштрихованной поверхности 60 показано заполнение отверстий.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Снеговое копье (1), содержащее по меньшей мере одно кристаллизационное сопло (20, 50), предназначенное для получения зародышей льда, и по меньшей мере одно водяное сопло (30, 30'), причем
кристаллизационное сопло (20, 50) выполнено с возможностью создания струи зародышей льда, а водяное сопло (30, 30') выполнено с возможностью создания струи капель, которые при работе копья встречаются в зоне (Е) зарождения, отличающееся тем, что по меньшей мере одно кристаллизационное сопло
(20, 50) и по меньшей мере одно водяное сопло (30, 30') расположены таким образом, что направленные
струи зародышей льда, создаваемые посредством кристаллизационного сопла (20, 50), проходят дистанцию (21) до зоны (Е) зарождения по меньшей мере 10 см, и направленные струи капель, создаваемые
посредством водяного сопла (30, 30'), проходят дистанцию (31, 31') до зоны (Е) зарождения по меньшей
мере 20 см.
2. Снеговое копье (1) по п.1, отличающееся тем, что дистанция (21) составляет от 20 до 30 см и/или
дистанция (31, 31') составляет от 40 до 80 см.
3. Снеговое копье (1) по п.1 или 2, отличающееся тем, что снеговое копье (1) имеет корпус (10) копья
в основном цилиндрической формы и по меньшей мере одно кристаллизационное сопло (20, 50) расположено под углом преимущественно от 0 до 45° к плоскости, перпендикулярной оси корпуса (10) копья так,
что кристаллизационное сопло (20, 50) направлено радиально или наклонно вверх от корпуса копья.
- 10 -
021903
4. Снеговое копье (1) по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что по меньшей мере одно водяное сопло (30, 30') расположено под углом к плоскости, перпендикулярной оси корпуса (10) копья, и направлено по меньшей мере к одному кристаллизационному соплу (20, 50).
5. Снеговое копье (1) по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что корпус (10) копья снабжен по
меньшей мере двумя группами водяных сопел (30, 30'), расположенных по меньшей мере в двух различных осевых положениях на корпусе (10) копья.
6. Снеговое копье (1) по п.5, отличающееся тем, что все водяные сопла (30, 30') по меньшей мере
двух групп водяных сопел ориентированы таким образом, что созданные с помощью водяных сопел (30,
30') струи капель только после прохождения каплями дистанции (31, 31') по меньшей мере в 20 см, в частности после прохождения каплями дистанции (31, 31') от 40 до 80 см, встречают струю зародышей
льда.
7. Снеговое копье (1) по п.5 или 6, отличающееся тем, что соответствующие водяные сопла (30, 30')
по меньшей мере двух групп водяных сопел ориентированы таким образом, что струи капель, созданные
соответственно водяными соплами (30, 30'), в общей зоне (Е) зарождения встречают струю зародышей
льда.
8. Снеговое копье (1) по любому из пп.5-7, отличающееся тем, что в отношении положения по оси
по меньшей мере одна группа водяных сопел (30, 30') расположена ниже по меньшей мере одного кристаллизационного сопла (20, 50), причем предусмотрена по меньшей мере одна дополнительная группа
водяных сопел (30''), расположенная выше по меньшей мере одного кристаллизационного сопла (20, 50).
9. Снеговое копье (1) по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что оно для образования смесительной камеры имеет трубчатую часть (44) в форме полого цилиндра, к которой присоединено по меньшей
мере одно кристаллизационное сопло (20, 50), причем трубчатая часть (44) преимущественно расположена в корпусе (10) копья параллельно оси корпуса копья.
10. Снеговое копье (1) по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что по меньшей мере одно кристаллизационное сопло (20, 50) является частью устройства для получения зародышей льда, имеющего канал
(25) сопла по меньшей мере с одним входным отверстием (24) и по меньшей мере одним входным отверстием (22) для поступления воды и с выходным отверстием (23), причем поперечное сечение канала (25)
на первом участке сужается в направлении выходного отверстия (23) до внутреннего диаметра (26), причем поперечное сечение канала (25) сопла на втором участке (27) существенно расширяется в направлении выходного отверстия (23), отличающееся тем, что отношение площади поперечного сечения выходного отверстия (23) к площади поперечного сечения канала (25) сопла в области внутреннего диаметра
(26) составляет по меньшей мере 4:1, предпочтительно 9:1.
11. Снеговое копье (1) по п.10, отличающееся тем, что канал (25) сопла обеспечивает возможность
получения диспергированного потока капель, по меньшей мере, в области участка (MS, MS') смешивания
в канале сопла, вследствие чего в области выходного отверстия (23) происходит распыление.
12. Снеговое копье (1) по п.10 или 11, отличающееся тем, что устройство для получения зародышей
льда имеет по меньшей мере два, преимущественно три выходных отверстия (23), каждое преимущественно задается кристаллизационными соплами (50), причем выходные отверстия (23) с помощью разделения (43) канала соединяются с общей смесительной камерой, в которую воздух и вода для получения
воздушно-водяной смеси поступают через по меньшей мере одно отверстие (24) для поступления сжатого воздуха и через по меньшей мере одно отверстие (23) для поступления воды.
13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что для всех кристаллизационных сопел (50) предусмотрено общее фильтровальное средство (49), при этом фильтровальное средство (49) располагается в
области по меньшей мере одного отверстия (22) для поступления воды, в частности на наружном корпусе трубчатой части (44).
14. Способ получения искусственного снега, включающий использование по меньшей мере одного
снегового копья (1), в котором посредством водяного сопла (30, 30') создают направленную струю из
водяных капель, а посредством кристаллизационного сопла (20, 50) создают направленную струю из зародышей льда, причем струю из зародышей льда и струю из водяных капель сводят в зоне (Е) зарождения, отличающийся тем, что дистанция (21) прохождения струи из зародышей льда до зоны (Е) зарождения составляет по меньшей мере 10 см и дистанция (31, 31') прохождения струи из водяных капель до
зоны (Е) зарождения составляет по меньшей мере 20 см.
15. Способ по п.14, отличающийся тем, что дистанция (21) составляет от 20 до 30 см, а дистанция
(31, 31') составляет от 40 до 80 см.
16. Способ по п.14 или 15, отличающийся тем, что в зависимости от температуры окружающей среды, показанной смоченным термометром в первом диапазоне температур, водяные капли создают с помощью водяных сопел (30), расположенных на первом расстоянии от кристаллизационного сопла (20,
50), причем при втором, более низком диапазоне температур дополнительно создают водяные капли с
помощью водяных сопел (30'), расположенных на втором расстоянии от кристаллизационного сопла (20,
50), которое меньше первого расстояния.
17. Способ по п.16, отличающийся тем, что струю из капель дополнительных водяных сопел (30')
направляют в зону (Е) через дистанцию (31') по меньшей мере 20 см, в частности от 40 до 80 см.
- 11 -
021903
Фиг. 1
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
- 12 -
021903
Фиг. 5
Фиг. 6
- 13 -
021903
Фиг. 7
Фиг. 8
- 14 -
021903
Фиг. 9
Фиг. 10
Фиг. 11
- 15 -
021903
Фиг. 12
Фиг. 13
Фиг. 13а
Фиг. 14
Фиг. 15
- 16 -
021903
Фиг. 16
Фиг. 17
Фиг. 18
Фиг. 19
Фиг. 20
Фиг. 21
- 17 -
021903
Фиг. 22
Евразийская патентная организация, ЕАПВ
Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
- 18 -