Способ утилизации наледей и сосулек с крыш зданий и устройство для его реализации

Способ утилизации наледей и сосулек с крыш зданий и устройство для его реализации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способам и средствам для очистки карнизов крыш зданий от ледяных образований и может быть использовано в коммунальном хозяйстве населенных пунктов.

Известные способы и устройства для удаления наледей и сосулек с крыш зданий разделяют на механический, тепловой, ультразвуковой. Кроме этого, карнизы обрабатывают антиобледеняющим веществом или применяют лучи лазера и пр.

Более известные тепловой и механический способы. Тепловой способ предполагает два варианта:

1) нагревать край крыши здания, чтобы не образовывались сосульки, что экономически не выгодно, и это подтверждает практика по причине его редкого использования в промышленности;

2) нагревать место контакта сосульки с крышей (горячим паром, лучом лазера) и сосульки отрываются и падают вниз, нанося при этом ущерб элементам зданий, придомовой территории, припаркованным автомобилям и, самое главное, могут нанести урон здоровью и безопасности людей.

Известен способ предотвращения образования наледей и сосулек на чердаках и крышах (патент RU №2467138, кл. Е04D 13/17) за счет улучшения естественной вентиляции чердачного помещения. Приток воздуха в данном случае происходит через слуховое окно, а вытяжка через дефлектор, установленный в верхней части крыши чердака. В данном случае использован эффект сквозняка. Однако холодный воздух всегда находится внизу чердачного помещения, что нарушает температурный режим всего объема чердака, вследствие чего эффективность известного способа очень низкая.

Наиболее часто применяется механический способ удаления наледей и сосулек. Например, известен способ уничтожения сосулек и устройство, реализующее данный способ, в котором для обламывания сосулек используют силу гравитации, на которой базируется работа устройства. Устройство выполнено на оси в виде коромысла (заявка на изобретение №2011141283/03, кл. Е04D 13/076 от 11.10.2011 г.) и работает на принципе сохранения равновесия (на одно плечо действует масса сосулек, противоположное плечо уравновешено противовесом). Нарушение равновесия за счет разности масс на плечах коромысла приводит к повороту коромысла, вследствие чего сосульки обламываются и падают вниз. Для принудительного разворота коромысла применяют механическое или электрическое устройство.

Недостатками вышеприведенного технического решения является возникающий риск для людей при разрушении и падении сосулек, кроме этого, коромысло может качаться (поворачиваться) и от налипания на одно плечо снега. При большой длине крыши здания коромысла могут поворачиваться неравномерно (разный объем снега, сосулек находится на плечах коромысел), что приводит к заклиниванию поворота коромысла. Чтобы привести коромысла в равновесие требуется очистить их от наледи и снега.

Известно устройство для удаления наледей и сосулек с кровли (заявка на изобретение №2011135414/03, кл. Е04D 13/076 от 24.08.2011 г.) путем поворота водосточного желоба, что приводит к обламыванию сосулек и их падению вниз.

Для разрушения примерзания сосулек к крыше используются разные подъемники (патент RU №2306383, кл. E01H 5/12 от 20.09.2007 г. БИ №26, патент №2187595, кл. E01H 5/00 от 28.08.2002 г. БИ. №23) или устройства, укрепленные на карнизах крыш или на стенках здания (патент RU №2475609, кл. Е04D 13/076, опубликовано 20.02.2013 г., патент RU №2475606, кл. Е04D 13/076, опубликовано 20.02.2013 г.).

Например, устройство для обрушения сосулек на базе автомобильного шасси с выдвижной стрелой (патент №2187595, или патент №2306383) служит для обламывания сосулек, которые падают с большой высоты и наносят вред имуществу и небезопасны для людей.

Конструкция рабочего органа в известных устройствах требует привода (электронож с соленоидом и магнитным сердечником или электродвигатель постоянного тока с коническим обрушителем). Кроме этого, автомобильное шасси не всегда может разместиться около здания, а стрела не всегда может достичь нужной высоты конкретного здания.

Известно также устройство, в котором используются тепловой и механический способ удаления сосулек (патент RU №2475609 кл. Е04D 13/076, опубликован 20.02.2013 г.). Для утилизации сосулек имеется электрический привод, который нагревает карниз крыши, и термобиметаллические пластины, которые при подаче на них тока меняют свою форму и поднимают карниз, стряхивая с себя уже размельченный тепловым воздействием слой снега и льда с сосульками.

Основным недостатком указанного устройства является большая затрата энергии на разогрев приводов, пластин и крыши. Кроме этого, сосульки, наледи, снег комками падает вниз и приносит ущерб имуществу, и могут нанести значительные травмы человеку.

Наиболее близким техническим решением является способ удаления сосулек и наледей, реализованный с помощью устройства для удаления наледи и сосулек с карниза крыши здания, заключающийся в обламывании сосулек и наледей с помощью передвижной каретки, движущейся на рельсах вдоль здания с помощью тросо-блочной системы (патент RU №2348777, кл. Е04D 13/076, опубликован 10.03.2009 г.).

Недостатками данного решения являются также опасность для людей и нанесение ущерба имуществу (повреждаются элементы здания, припаркованные автомобили, разбиваются тротуары и отмостки дома и пр.) за счет падения сосулек и наледей с карниза крыши здания.

В качестве прототипа может быть также рассмотрен способ удаления снега и льда с крыш, включающий плавление снега и льда. При этом способе сосульки предварительно срезают с карнизов крыш с помощью пара, опускают их на землю в металлической емкости с помощью автогидроподъемника, затем их плавят в системе водостока путем подачи пара в трубчатые водосливы и в желоба системы водостока. Кроме этого осуществляют плавление снега и льда на кровле путем подачи струй пара (патент RU №2457305,. кл. Е04D 13/076 от 27.07.2012).

Недостатками данного способа являются:

- сложность процесса (в зимнее время вырабатывать пар и подавать его на значительную высоту до крыши здания, причем здания бывают разной конструкции и размеров - это трудоемко и требуется специальное оборудование);

- низкая эффективность вследствие нагревания паром не только желоба и трубчатых водосливов, но и большая часть тепла уходит в атмосферу;

- большой расход пара на обогрев трубчатых водоливов и желобов при большой высоте здания;

- образование наледи от конденсата внутри желобов и трубчатых водоливов под действием низких температур;

- нарушение работы системы плавления льда и снега, т.к. желоба и отверстия в трубчатых элементах могут быть засорены снегом, льдом и пр.;

- затруднение подачи пара, т.к. учитывая перепад температур (днем и ночью) в желоб будет капать с карниза вода и замерзать, т.е. будут образовываться наледи;

- необходимость применения автогидроподъемника для транспортировки срезанных паром сосулек.

Техническим результатом изобретения является создание безопасных условий для людей и снижение риска нанесения ущерба имуществу при утилизации наледей и сосулек с карнизов крыш зданий, упрощение процесса удаления и снижение затрат на удаление наледей и сосулек.

Технический результат изобретения достигается за счет измельчения обломанных наледей и сосулек под карнизом крыши и рассеиванием мелких фракций в воздухе с постепенным их осаждением на землю.

Сущность изобретения заключается в преобразовании наледи и сосулек в мелкую фракцию путем их измельчения, причем измельчение проводится сразу после отделения сосулек от карниза крыши и при достижении сосулек размеров по длине 5÷10 см, а устройство, реализующее данный способ, включается в работу автоматически, перемещается вдоль карниза, производит отделение (обламывание) наледей и сосулек от карниза и одновременно их измельчает в мелкую фракцию, которая проходит через отверстия корпуса измельчителя и рассеивается в воздухе с постепенным осаждением на землю.

Контроль образования сосулек может производиться посредством световой системы слежения за их размерами. Устройство включается в работу только в том случае, когда сосульки достигают размеров от 5 до 10 см по длине.

Само устройство для реализации данного способа состоит из измельчителя, например шнекового типа, обрушивателя и улавливающего короба, причем нижняя часть корпуса, в которой заключены шнеки, а также одна торцевая часть имеют отверстия (перфорацию). Кроме этого, витки шнеков снабжены режущими зубьями, а последний виток каждого шнека выполнен плоским в виде торцевой шайбы, на которой также установлены режущие зубья. Для перемещения измельчителя с обрушителем может применяться привод от переменного или постоянного тока.

Схема осуществления заявленного изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично показано здание с крышей, на карнизе которой расположено устройство для обрушения и измельчения сосулек, на фиг.2 изображено сечение А-А на фиг.1, на фиг.3 - узел 1 на фиг.1 и на фиг.4 - узел 11 на фиг.3.

Способ утилизации наледей и сосулек с крыш здания заключается в том, что одновременно с обрушением сосулек и наледей происходит их измельчение (дробление) в мелкую фракцию и просеивание ее через отверстия в корпусе измельчителя, с последующим осаждением мелкой фракции на землю под действием гравитационных сил. В данном случае с карниза крыши на землю удаляются не сосульки и наледи, а их мелкая фракция, что не вызывает никаких рисков для людей и имущества.

Устройство для реализации предложенного способа состоит из каретки 1, которая посредством роликов 2 перемещается по несущей балке 3 с помощью тросо-блочной системы 4. Как вариант, каретка 1 может перемещаться с помощью электродвигателя и механической передачи (на чертежах не показано). Несущая балка 3 крепится снизу к карнизу 5 крыши здания с помощью, например, болтового соединения 6. На передней стенке 7 каретки 1 расположен обрушиватель 8 цилиндрической формы с возможностью его перемещения в осевом направлении (регулировка в зависимости от конструкции карниза крыши здания). К торцевым стенкам каретки 1 крепится короб 9 (разъемное соединение), в нижней части которого размещен измельчитель 10. Измельчитель 10 может быть выполнен в виде одного или двух параллельно расположенных шнеков 11 цилиндрической или конической формы, причем на наружной части каждого витка шнека расположены режущие зубья 12, а первый виток 13 шнека (шнеков) выполнен плоским, на торцевой части которого установлены режущие ножи 14 гребенчатого типа. Шнек 11 имеет привод 15.

Дно 16 короба 9, где располагается измельчитель 10, выполнено по аналогичной форме образующей шнека и имеет отверстия 17.

Торцевая крышка 18 в зоне первого витка 13 шнека крепится к стенке короба с помощью болтов и имеет отверстия 19.

На торцевых стенках короба 9 расположены поворотные планки 20, имеющие контактный электрический разъем (микровыключатель, на чертежах не показан). Планки 20 выполнены из неметаллического материала (чтобы не примерзала вода). Назначение планок 20 - включать привод каретки 1 или выключать его в зависимости от величины сосулек. Высота установки планок 20 от края крыши здания может быть в пределах 5÷10 см. По мере «роста» сосульки она действует на планку 20, которая поворачивается на некоторый угол и замыкает контакты, вследствие чего включается каретка 1.

Устройство для утилизации наледей и сосулек с крыши здания работает следующим образом: исходное положение каретки 1 с обрушивателем 8 и измельчителем 10 может быть в любом месте карниза крыши здания.

В работу устройство вступает по команде от планок 20: сосульки действуют на планку, которая от контакта с ними поворачивается (отклоняется от горизонтального положения) и замыкает электрические контакты, вследствие чего включается привод передвижения каретки 1 и привод измельчителя 10. Устройство в рабочем состоянии, т.е каретка начинает перемещаться по несущей балке 3 и при этом обрушиватель 8 обламывает сосульки, которые поступают в короб 9 и попадают в измельчитель 10, где они измельчаются в мелкую фракцию, которая через отверстия выкидывается наружу. Каретка 1 в данном случае движется до края крыши, где взаимодействует с конечным выключателем (на чертежах не показан) и движется до противоположного конца крыши здания, утилизируя на своем пути сосульки. При достижении конца крыши привод каретки и измельчителя отключаеются и при этом размыкаются контакты на планке 20. При дальнейшем образовании сосулек процесс повторяется.

В качестве следящей системы за образованием сосулек может быть использована световая система (источник света 21 и фотоэлемент 22). В данном случае источник лучей света системы установлен на одной стороне крыши здания, а приемник (фотоэлемент) - на противоположной стороне.

Если сосульки небольшие (до 5 см в длину), то свет от источника попадает на фотоэлемент, а если свет перекрывается, т.е. на его пути имеется сосулька, то фотоэлемент 22 дает команду и включается привод перемещения каретки 1 с помощью тросо-блочной системы 4 и привод 15 измельчителя 10.

Каретка 1 перемещается по несущей балке 3 вдоль карниза крыши здания, и обрушиватель 8 обламывает сосульки, которые падают в короб 9, где с помощью шнеков 11 с зубьями 12 и режущими ножами 14 происходит их дробление до необходимой фракции и выталкивание через отверстия 17 и 19 наружу.

Мелкая фракция рассеивается в воздухе и оседает под действием гравитационных сил на землю. Доизмельчение происходит в торцевых частях шнеков, где в плоской шайбе (первый виток 13) установлены режущие ножи 14 гребенчатого типа, и мелкая фракция под давлением выталкивается в отверстия 19 торцевой стенки корпуса измельчителя.

Если сосульки малы, то они не представляют угрозу для людей и имущества, кроме этого, они сами не обламываются из-за небольшого веса. Сосульки размером от 5 см до 10 см легко обламываются и не требуют большой мощности для привода измельчителя. В качестве привода измельчителя может быть применен двигатель постоянного или переменного тока.

Когда сосульки утилизированы, каретка 1 останавливается на определенное время. Затем при очередном образовании сосулек длиной 5÷10 см процесс повторяется. Как вариант управление устройством может производиться и дистанционно.

Для оценки работоспособности предложенного способа и устройства для утилизации сосулек были проведены (в зимнее время) опыты на экспериментальной установке (фотографии прилагаются). Частота вращения шнека составляла 60 об/мин, диаметр отверстий - 4,6 мм, температура минус 12-15°C. Опыты подтвердили эффективность предложенного технического решения по безопасной утилизации сосулек.

Предложенный способ и устройство позволяют повысить безопасность и надежность удаления наледей и сосулек с крыш зданий, а самое главное, исключает всякий риск для людей и имущества, т.к. исключается всякое падение сосулек и наледей с крыши здания ввиду того, что они превращаются в мелкие частицы, не представляющие опасность для людей. Реализация способа и устройства не требует каких-либо людских ресурсов или специальных агрегатов и работает вне зависимости от времени суток. Устройство включается в работу по мере необходимости (если образовались сосульки или наледи).

Заявленный способ и устройство конструктивно не представляют какой-либо сложности при реализации и не требуют значительных затрат, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условиям патентоспособности «промышленная применимость».

1. Способ утилизации наледи и сосулек с крыш зданий, заключающийся в отделении сосулек и наледей с карниза крыши здания и их утилизации, отличающийся тем, что утилизация отделенных наледей и сосулек производится путем их измельчения в мелкую фракцию с последующим рассеиванием этой фракции в воздухе и постепенным ее осаждением на землю под действием гравитационных сил.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измельчение наледей и сосулек выполняется на месте их образования, т.е. под карнизом крыши здания, одновременно с их отделением от карниза крыши.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отделение и измельчение наледей и сосулек производят при достижении их длины (высоты) 5-10 см.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что отделение и измельчение производятся в зависимости от полученной информации об образовании наледей и сосулек на карнизах крыш зданий и их размеров в автоматическом режиме, используя, например, световую систему слежения за их размерами.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что отделение и измельчение наледей и сосулек производится при передвижении устройства вдоль карниза крыши в обоих направлениях, т.е. при его движении вперед и назад.

6. Устройство для утилизации наледей и сосулек посредством их обрушения, отличающееся тем, что обрушающее устройство снабжено измельчителем сосулек и наледей, расположенным ниже обрушающего устройства.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что между обрушающим устройством и измельчителем расположен короб, на торцевых стенках которого расположены поворотные планки из неметаллического материала с микровыключателями.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что корпус измельчителя в нижней части и одной торцевой имеет перфорацию (отверстия).

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что измельчитель может быть выполнен в виде одного или двух параллельно расположенных шнеков, на витках которых расположены зубья, а последний виток выполнен плоским, в виде шайбы, на торцах которой установлены режущие ножи гребенчатого типа.