SE504470C2 - Vattenspridarmunstycke till snökanon - Google Patents

Description

504 470 10 15 20 25 30 35 från munstycket som är möjligt för att man skall få bästa möjliga snökvalitet.

Uppfinningen avser för detta ändamål en ny typ av atomiserings- munstycke för snökanoner, vilket är utformat på sådant sätt att det är möjligt att, med bibehållen mycket hög snökvalitet, reducera den nödvändiga mängden luft med 50%, eller t o m med 60% jämfört med den mängd luft som tidigare vanligen varit nödvändig. Munstycket enligt uppfinningen är också utformat på sådant sätt att det ger en förstorad spridning av snö- eller iskristallerna, vilket medför att man även kunnat minska antalet atomiseringsmunstycken utan reducering av mängden framställd snö per tldsenhet.

Grunden i uppfinningen ligger i att man skapar en inre plym av mycket starkt nedfrysta, ytterst små vattendroppar, vilka bildar ett slags katalysatorer för frysning av vattendroppar, s k nukleatorer, och att man utanpå denna plym av nukleatorer skapar en ihålig kon av mindre starkt kylda vattendroppar. Detta går till så, att en liten mängd av det totala vattenflödet genom atomiserings-munstycket, t ex omkring 20%, avleds så att det rycks med av den passerande luften, vilken åstadkommer en extrem finfördelning av vattendropparna, speciellt till en droppstorlek av endast omkring 10 pm, eller t o m ännu mindre, och vilka vid den expansion av luften med de finfördelade vattendropparna som sker efter passagen av atomiserings-munstycket spontant fryser vid cirka -40°C och därmed bildar en inre plym av de s k nukleatorerna. Den resterande mängden vatten, alltså i det nämnda fallet cirka 80% avges på sådant sätt från atomiserings- munstycket att vattendropparna bildar en ihålig kon av mindre starkt kylda vattendroppar, vilken omger plymen av nukleatorer, och där vatten- dropparna vanligen håller en storlek av cirka 50-100 um. Utanpå den ihåliga konen av vattenpartiklar verkar den omgivande luften med ett övertryck, och mellan den utvändiga, ihåliga konen och den inre plymen av nukleatorer i luftflödet bildas en undertryckszon. Det yttre övertrycket och det inre undertrycket bidrar till att suga samman den yttre ihåliga konen av vattendroppar och den inre luftplymen av nukleatorer, så att vatten- dropparna i den ihåliga konen successivt kommer i kontakt med de starkt nedfrysta nukleatorerna, först de inre vattendropparna och sedan de allt större vattendropparna. Nukleatorerna startar en kediereaktion som åstadkommer en nedfrysning av samtliga vattendroppar i den yttre konen.

Ett stycke bortom atomiseringsmunstyckena har innerplymen och ytterkonen 10 15 20 25 30 35 förenats och en ström av fullt genomfrysta vattendroppar faller ned på marken.

Munstycket enligt uppfinningen kan sägas skapa en trestegs-process, nämligen steg 1: skapa två separata strömmar, en inre luftplym innehållande superfrysta nukleatorer och en yttre ihålig kon av vattendroppar eller mindre starkt kylda vattendroppar; steg 2: bringa nukleatorerna att, utanför munstycket, frysa vatten-dropparna i den yttre konen; steg 3: för samman de kylda eller frysta vattendropparna i den yttre konen med den inre luftplymen till en gemensam luft/snö/is-ström.

Enligt uppfinningen består atomiseringsmunstycket av en yttre, ihålig munstyckskona med en däri monterad innerkona som med sin spets bottnar i änden på ytterkonan, och där det mellan inner- och ytterkonorna bildas en kanal för matarvatten, och där innerkonan är utformad med en central luftkanal genom vilken luft av högt tryck och med överljudshastighet leds rakt igenom innermunstycket och ut genom en spridar-utloppsöppning i den yttre munstyckskonan. l ytteränden på munstycket är en virvelkammare för matarvatten anordnad mellan inner- och ytterkonorna, och från vilken virvelkammare en liten andel vatten kan ryckas loss och föras ut genom munstycket tillsammans med luftströmmen och bilda en central plym av Iuftburna nukleatorer, medan den resterande andelen av det omvirvlande matarvattnet trycks ut genom munstycket i form av en ihålig kon som omger plymen av nukleatorer.

Närmare kännetecken på och fördelar med uppfinningen kommer att framgå av den följande detaljerade beskrivningen, i vilken det hänvisas till bifogade ritningar. På ritningarna visar figur 1 ett tvärsnitt genom den vitala yttre änden på ett atomiseringsmunstycke enligt uppfinningen. Figur 2 visar på samma sätt som figur 1 munstycket i funktion. Figur 3 visar i förstorad skala och mer i detalj funktionen hos munstycket i figurerna 1 och 2. Figur 4 är ett tvärsnitt efter linjen lV-lV i figur 3. Figur 5 visar slutligen schematiskt och i perspektiv ett snitt genom munstycke enligt uppfinningen.

Det i figurerna visade munstycket består av en ihålig yttre munstycks- kona 1 med en spridande munstycksöppning 2 i den spetsformade änden, och en inre fördelningskona 3, som bottnar och tätar mot utloppsänden på ytterkonan 1. Fördelningskonan 3 har mindre diameter än ytterkonans 1 inre, och det mellan ytter- och innerkonorna bildade ringformiga rummet bildar en vattentillförselkanal 4. Den yttersta änden på innerkonan 3 är avfasad så att 504 10 15 20 25 30 35 470 det mellan ytter- och innerkonorna bildas ett utrymme avsett att bilda en virvelkammare 5 för vatten som pressas in genom en, eller eventuellt flera snedställda eller spiralformade spår 6 mellan vattenkanalen 4 och virvelkammaren 5. Centralt genom innerkonan löper en Iuftkanal 7 för matarluft i munstycket.

Vattenkanalen 4 matas med vatten av ett tryck av t ex 10-15 bar, och luftkanalen matas med luft av överljudshastighet och med ett tryck av t ex 4-5 bar. Vid en speciell utföringsform av uppfinningen, vilken testats med mycket gott resultat, och vilken anförs som ett icke begränsande exempel har utloppsöppningen på ytterkonan 1 en diameter av 1 mm, vattenspåret 6 har en vidd av 0,5 mm, luftflödet genom luftkanalen 7 är 30 l/m och luften har ett tryck av 4 - 5 bar, och vattenflödet genom vattenkanalen 4 är 0,5 l/m och vattnet har ett tryck av 6 - 10 bar. Det är mycket väl möjligt att utforma munstycket för betydligt större flöden, t ex med ett luftflöde av upp till 50 l/m och med ett vattenflöde av 0,75 l/m, dvs med ett förhållande vatten/luft av cirka 1/55.

Såsom tydligast antyds i figur 3 pressas vattnet från vattenkanalen 4, genom det snedställda eller spiralformade vattenspåret 6 och in i virvel- kammaren 5, där vatten till följd av vattenspårets 6 spiralformade eller sneda placering bringas att virvla runt för att i slutänden avgå genom spridar- utloppsöppningen 2 i form av en ihålig kona 8 av vattendroppar. Under cirkulationen i virvelkammaren sker någon liten uppvärmning av vattenströmmen. På grund av expansionen vid utträdet ur utloppsöppningen 2 fryser normalt alla vattendroppar. Vattendropparna håller normalt en droppstorlek av cirka 50 - 100 pm. De finaste dropparna bildar ett inre skikt, och droppstorleken blir allt större ut mot konans periferi, vilket antyds i den schematiska framställningen i figur 4.

Luften från luftkanalen 7 passerar med högt tryck och överljuds- hastighet rakt igenom munstycket utan att träffa någon metallvägg, och luften rycker därvid med sig någon andel av vattnet i virvelkammaren 5, t ex 20% av den totala mängden vatten som införs i virvelkammaren. På grund av luftens höga tryck och höga hastighet sönderdelas det medryckta vattnet i ytterligt fina droppar, t ex med en droppstorlek av 10 pm eller ännu mindre.

Vid vatten/luftblandningens expansion vid utträdet ur spridarutlopps- öppningen 2 sker en spontan frysning av de mycket små vattendropparna till extremt låg temperatur, vanligen till cirka -40°C, och luften med de 10 15 20 25 30 35 504 470 superkylda vattendropparna, de s k nukleatorarna, förs som en inre plym 9 av katalysatorer, s k nukleatorer rakt framåt och ett stycke bortom munstycket i svagt vidgad konform.

På utsidan av den ihåliga konan av vattendroppar verkar den omgivande luftens tryck med ett positivt värde, och mellan den ihåliga konan 8 av vattendroppar den inre plymen 9 av nukleatorer verkar en zon 10 med undertryck som strävar att dra vattendropparna i den ihåliga konen inåt mot nukleatorerna 9, först de små inre dropparna och därefter de yttre allt större vattendropparna. Nukleatorerna startar en kedjereaktion som åstadkommer en stark frysning, speciellt en total genomfrysníng av samtliga vattendroppar i den ihåliga droppkonan 8. Ett stycke nedströms om atomiseringsmun- stycket löper vattendroppkonan 8 samman fullständigt med den inre plymen 9 av nukleatorer, och slutligen faller en jämn ström av helt genomfrysta större och mindre vattendroppar till marken.

Man kan urskilja tre olika faser vid framställningen av snö med hjälp av det beskrivna munstycket, nämligen - steg 1: skapa två separata strömmar, en inre Iuftplym innehållande superfrysta nukleatorer och en yttre ihålig kon av vattendroppar eller mindre starkt kylda vattendroppar; - steg 2: bringa nukleatorerna att frysa vattendropparna i den yttre konen; och - steg 3: för samman de kylda vattendropparna i den yttre konen med den inre luftplymen till en gemensam Iuft/snö/is-ström.

Vid punkten A i figur 3 lämnar såväl vattnet som luften utloppet 4 på munstycket. De ytterst små vattendropparna i luftplymen, vilka normalt håller en storlek av s 10 um, fryses spontant vid utträdet ur munstycket, normalt till cirka -40°C. Vid punkten B har luft-hastigheten i plymen minskat så att luften med nukleatorerna börjar sprida sig koniskt. Vattendropparna 8 bildar en ihålig kon av vattendroppar med en storlek av cirka 50-100 um, som i området mellan punkterna A - B expanderar, varvid de små inre vattendropparna fryses, och de större yttre vattendropparna kyls starkt eller fryses åtminstone delvis till is. I området mellan punkterna B - C böjer ytterkonen 8 av vattendroppar av till en mer cylindrisk form, samtidigt som de små, inre vattendropparna, vilka normalt redan är frysta dras radiellt inåt mot nukleatorna, delvis på grund av undertrycket i undertryckszonen 10. Vid punkten C börjar vattendroppar 8 och luftburna nukleatorer 9 att blanda sig, 504 470 10 15 20 25 30 och i området mellan punkterna C och D sker en successivt stegrad blandning av vattendroppar 8 och nukleatorer 9, vilka initierar en kedjereaktion med en fullständig frysning av vattendropparna, så att en enhetlig luftström med frysta vattendroppar, efter punkten D i figur 3.

För att reglera den mängd vatten som rycks med av luftströmmen från luftkanalen 7 i virvelkammaren 5 kan denna utformas med ett anti-virvelspår 11, som bromsar upp en liten mängd vatten och underlättar för luften att suga med sig en liten mängd vatten vid sin passage genom luftkanalen 7 och ut genom spridaröppningen 2. Genom att utforma antivirvelspåret 11 på lämpligt sätt, eller genom att anordna ett flertal sådana antivirvelspår är det möjligt att reglera den mängd vattendroppar som sugs med i Iuftströmmen, och som bildar nukleatorer i den inre luftplymen 9.

Det blir därigenom möjligt att styra såväl mängden vatten som mängden luft, och uppfinningen medför framför allt fördelen att man kunnat reducera den mängd luft som är nödvändig för att skapa tillräcklig mängd nukleatorer för att allt vatten som lämnar munstycket skall frysa fullständigt till is, och detta utan att mängden konstframställd snö reducerats.

Hänvisningssiffror ytterkona utlopps-spridaröppning innerkonna vattentillförselkanal virvelkammare vattenspår luftkanal yttre kona inre plym undertryckszon :lí JOCDCOQOUW-ÄOONI-l antivirvelspår

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 PATENTKRÅV

1. Vattenspridarmunstycke avsett att användas vid den typ av s k snökanoner, vid vilka vatten finfördelas till mycket små vattenpartiklar vid en ring av spridarmunstycken som omger en luftkanal genom vilken luft blåses med hög hastighet, och varvid de av luften burna vattendropparna fryses till snö eller iskristaller och får falla ned på marken ett stycke från snökanonen, kännetecknat av att atomiseringsmunstycket består av en yttre, ihålig munstyckskona (1) med en däri monterad innerkona (3) som med sin spets bottnar i änden på ytterkonan (1). och där det mellan inner- och ytter- konorna (1, 3) bildas en kanal (4) för matarvatten, och där innerkonan (3) är utformad med en central luftkanal (7) genom vilken luft av högt tryck och med hög hastighet leds rakt igenom innermunstycket (3) och ut genom en utlopps-spridaröppning (2) i den yttre munstyckskonan (1), och där en virvelkammare (5) för matarvatten är anordnad mellan inner- och ytterkonorna (1, 3), och från vilken virvelkammare en liten andel vatten kan ryckas loss och föras ut genom munstycket tillsammans med luftströmmen och bilda en central plym (9) av luftburna nukleatorer, medan den resterande andelen av det omvirvlande matarvattnet trycks ut genom munstycket i form av en ihålig kon (8) av kylda eller frysta vattendroppar, som omger plymen (9) av nukleatorer.

2. Munstycke enligt krav 1, kännetecknat av att virvelkammaren (5) för matarvattnet är anordnad nära intill spridarutloppsöppningen (2), och av att den är öppen för genomsläppning av luftströmmen från luftkanalen (7).

3. Munstycke enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att virvelkamma- ren (5) matas med vatten från vattenkanalen (4) genom en eller flera vattenspår (6) som sträcker sig genom den del av innerkonan (3) som i övrigt tätar mot ytterkonan (1).

4. Munstycke enligt krav 3, kännetecknat av att vattenspåret (6) eller -spåren är anordnade i sned vinkel gentemot munstyckets axialriktning, eller spiralformat, så att det i virvelkammaren (5) inkommande vattnet bringas att utföra en spiralformad rörelse i riktning mot spridarutloppet (2).

5. Munstycke enligt krav 1, kännetecknat av att änden på innerkonan (3) är försedd med ett eller flera tvärgående, eller radiellt gående spår (11), vilket eller vilka bromsar upp rörelsen hos en liten del av vattenströmmen i virvelkammaren och bryter sönder denna del, så att den kan ryckas med och 504 470 sönderdelar till ytterst fina vattendroppar av den passerande Iuftströmmen.

6. Munstycke enligt något av föregående krav, känneteclmat av att det är utformat för ett vattentryck av cirka 6-10 bar och ett lufttryck av 4-5 bar. 5

7. Munstycke enligt krav 6, kännetecknat av att det är utformat för att ge ett volymsförhållande mellan passerande vatten/luft av cirka 1/40-60.

8. Munstycke enligt krav 6 eller 7, kännetecknat av att det är utformat för att tillåta luften att passera genom munstycket med överljudshastighet utan att träffa någon metallvägg.