專利名稱：快速消除暖霧的方法及設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及人工消霧技術，尤其涉及一種快速消除暖霧的方法及設備。
背景技術：
霧由懸浮在貼近地面或水面的空氣中的大量小水滴和小冰晶集合而成。霧的形成物理過程與云的形成過程基本相同。而以霧的物理結構和人工消霧的觀點而論，霧則分為冷霧和暖霧。霧的氣溫在o°c及o°c以下時被稱為冷霧，霧的氣溫在o°c以上時被稱為暖霧。霧是一種常見的天氣現象，它的發生會造成大范圍區域的能見度降低。因此，當大霧籠罩地面的時候，飛機不能起降，船舶不能航行，高速公路被迫關閉，由此導致交通中斷、 人員滯留，造成重大的經濟損失。有報道我國因大霧原因導致飛機不能正常起降的，占飛機不能正常起降總次數的78. 9%，國外因大霧原因導致航班不能正常起降的，約占總次數的 57%。為了減輕霧的危害，世界上許多國家都在探索使用科學的方法進行人工消霧。我國在北京、合肥、成都、上海等城市也都進行過多次人工消霧的積極探素。在我國北緯45°以南地區，90%以上的霧是氣溫在0°C以上的“暖霧”。而人工消除暖霧的技術，通常有如下的三種1、加熱法利用大功率渦輪噴氣發動機噴射出的熾熱氣體加熱空氣，使發動機尾氣流區域內的氣溫升高，空氣中的霧滴因受熱蒸發而消散。例如1987年12月15日，中國氣象工作者在中國成都雙流機場，用1臺航空渦噴發動機噴射高溫氣體進行消霧試驗，獲得成功。2、吸濕法向霧中播撒鹽粉、氯化鈣、尿素等吸濕性微粒。這些吸濕性微粒吸收霧氣中的水分后，形成大量凝結核，使水汽在凝結核上凝結長大，最終成為大水滴墜落到地面，達到消霧的效果。例如1966、1967年，中國氣象、民航科研單位的專家聯合在合肥進行人工消除暖霧的試驗，采用飛機播撒氯化鈣的方法人工消除暖霧，試驗共進行了 30多次，其中四次效果明顯。3、擾動混合法利用直升機在霧區頂部攪拌空氣，直升機旋翼把霧區上方的干燥空氣向下射入霧區，使干燥空氣與霧氣混合，形成不飽和空氣，使霧滴蒸發消散。上述三個方法中，加熱法和擾動混合法需要購置昂貴的裝備，消耗大量的燃油，資金投入巨大。而實施吸濕法需要向大霧中大量地播撒吸濕劑，不僅會對自然環境造成嚴重的破壞，也會對播撒吸濕劑區域的金屬構件產生腐蝕，其負面代價難以承受。此外，中國發明專利03227427. 0,99106185. 3,200510037375. 6 文獻，分別披露了水噴淋消霧法、聲波消霧法、靜電消霧法等人工消除暖霧的技術方案。但均因效率較低，至今未能在工程上被采用。因此，人工快速消除暖霧迄今仍是未能得到妥善解決的世界性技術難題。
發明內容
本發明的第一個方面是提供一種快速消除暖霧的方法，與現有技術相比可以高速吸收空氣中的霧滴，達到快速消除暖霧的目的。本發明的第二個方面是提供一種快速消除暖霧的設備，利用該設備，可以實現上述快速消除暖霧的方法，達到快速消除暖霧的目的，同時亦無需像現有技術那樣為消除暖霧而購置昂貴的裝備，無需消耗大量的燃油。本發明第一個方面可通過實施如下的技術方案而實現提供一種快速消除暖霧的方法，基本的技術方案是自消霧劑存貯箱向引射噴管輸送高吸水樹脂微粒消霧劑，即向消霧劑存貯箱內引入壓縮空氣，以使存儲在消霧劑存貯箱內的高吸水樹脂微粒消霧劑在增壓氣體射流的作用下，產生“粉體流態化”效應，利用連接在消霧劑存貯箱和引射噴管之間的輸送管，將“粉體流態化”的消霧劑輸送到引射噴管；利用渦輪噴氣發動機噴射的高速氣流，將輸送到引射噴管的高吸水樹脂微粒消霧劑噴射到暖霧的頂層。采用上述方法，利用噴射到暖霧的頂部區域的消霧劑在下落過程中，可以大量吸收霧區中的霧滴，從而取得快速消霧的效果。本發明第二個方面可通過實施如下的技術方案而實現提供一種快速消除暖霧的設備，該設備主要由引射噴管、渦輪噴氣發動機和消霧劑存貯箱構成；其中，引射噴管整體上為一“L型”彎曲形狀的管體，具有噴射口和進氣口，噴射口朝向天空；進氣口套設于渦輪噴氣發動機的噴口外部，進氣口與渦輪噴氣發動機的噴口之間具有使空氣流過的空隙，進氣口經由輸送裝置連接消霧劑存貯箱；輸送裝置具體包括連接在消霧劑存貯箱底部和引射噴管進氣口側部的輸送管；以及連接于渦輪噴氣發動機壓氣機和消霧劑存貯箱之間的壓縮空氣管道；利用該輸送裝置，可以將高吸水樹脂微粒這種消霧劑從密閉的消霧劑存貯箱輸送到進氣口，以供噴射。利用上述的設備，一方面可以充分利用高吸水樹脂微粒消霧劑實現上述快速消除暖霧的方法，達到快速消除暖霧的目的；另一方面，本技術方案無須消耗大量加熱燃油，亦無需使用諸如直升機等價格昂貴的專用設備對大氣實施攪動，大大降低了人工消霧的成本。
圖1為本發明一種快速消除暖霧設備的示意圖。
具體實施例方式為使本發明實施例的技術方案和優點更加清楚和容易理解，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明的技術方案進行詳細描述。本發明的技術方案的目是在極短的時間內，大量吸取霧區大氣中存在的小水滴， 使霧區大氣中小水滴的濃度迅速降低。為達到這一目的，本發明一個基礎性的技術手段是棄用了食鹽、氯化鈣、尿素等腐蝕性消霧劑，選用綠色環保、吸水率達自身重量400-1000倍的高吸水樹脂微粒為消霧劑， 將其高速地播撒到霧區的大氣之中，以使消霧劑能夠在霧區中充分地吸收形成暖霧的水分。為了實現這一目標，本發明利用渦輪噴氣發動機噴射的高速氣流，將消霧劑輸送到暖霧的頂部區域。以下，本發明的一系列實施例，對本發明的技術方案進行說明渦輪噴氣發動機噴射的氣流速度通常能夠達到300-550米/秒。而一般情況下， 城市和機場霧的高度在40 100米之間。因此，采用渦輪噴氣發動機噴射的高速氣流能夠在極短的時間內將高吸水樹脂微粒輸送到霧區的頂部。當渦輪噴氣發動機噴射的高速氣流對高吸水樹脂微粒向上的作用力消失后，被輸送到霧區頂部的高吸水樹脂微粒，在地球引力的作用下，開始向下飄落，進入到大霧之中。在吸附霧滴后，迅速脹大而凝膠化，隨后負重向下墜落，直到墜落到地面。本發明選用渦輪噴氣發動機作為提供噴射氣流的設備，除了渦輪噴氣發動機噴射的氣流速度高以外，還因為渦輪噴氣發動機噴射的氣流具有較高的溫度。由于高吸水樹脂 300°C以下結構穩定，因此，在本發明中，利用引射噴管從大氣中引入空氣，將渦輪噴氣發動機噴射的氣流與引射進入的空氣相混合，將混合后的氣流溫度控制在100-300°C之間。由于具有100-300°C，混合氣流的氣體非常干燥。可以保證高吸水樹脂微粒在噴射到霧區頂部之前，始終保持干燥。使高吸水樹脂微粒在向上噴射的過程中基本上不與霧滴接觸，在到達霧區頂部之前，保證高吸水樹脂微粒不會因提前吸收水分而無法到達霧區的頂部區域。當高吸水樹脂微粒噴射至100米左右的高度后，渦輪噴氣發動機噴射氣流提供的動力消失，高吸水樹脂微粒開始向下飄落進入大霧中，吸收霧滴，迅速脹大而凝膠化，隨后負重落下。鑒于高吸水樹脂微粒吸收水分的能力極強，需要將高吸水樹脂微粒存儲在密閉的消霧劑存貯箱內，使其不能與外界的空氣接觸。在使用時將高吸水樹脂微粒從消霧劑存貯箱內輸出，并輸送到引射噴管內。從消霧劑存貯箱內輸出高吸水樹脂微粒，并輸送到引射噴管的手段可以這樣向消霧劑存貯箱內注入壓縮空氣，存儲在消霧劑存貯箱內的高吸水樹脂微粒在增壓氣體射流的作用下，產生“粉體流態化”效應；所謂“流態化”是指固體顆粒在流體(氣體)的作用下表現出類似流體狀態的現象。然后，利用連接在消霧劑存貯箱和引射噴管之間的輸送管將 “粉體流態化”的高吸水樹脂微粒輸送到引射噴管。為了能夠對高吸水樹脂微粒的輸送量進行調節，可以對注入的壓縮空氣流量進行調整，在保證高吸水樹脂微粒“粉體流態化”的前提下，達到調整高吸水樹脂微粒流量的目的。為了能夠使噴射到霧區頂部的高吸水樹脂微粒在霧區上方的分布均勻，在噴射的過程中，需要均速變換引射噴管噴射口的噴射角度，例如驅動引射噴管在垂直于其軸線方向的平面內作士30°的擺動，這樣就可以使得引射噴管的噴射口不斷地改變噴射的方向， 使得噴射出的高吸水樹脂微粒呈扇面形狀向上噴射。對于高速公路救援使用的消霧裝置， 將引射噴管的噴射口制成“Y型”的兩個噴口，使噴射出的高吸水樹脂微粒呈扇面形狀向上噴射，噴口不作左右擺動。可以將噴射高吸水樹脂微粒的設備裝載到交通工具上，例如汽車、輪船等，交通工具使高吸水樹脂微粒噴射設備在霧區中移動，一邊移動，一邊將高吸水樹脂微粒均勻地噴射到途中霧區的頂部。對于渦輪噴氣發動機噴射氣流速度的選擇，可以視霧層的厚度控制油門，使噴射速度在300-550米/秒之間進行調整。如上所說的高吸水樹脂是一種新型功能高分子材料。它含有親水基團和交聯結構的大分子，具有吸收比自身重幾百到1千倍水的高吸水功能，并且保水性能優良，一旦吸水膨脹成為水凝膠時，即使加壓也很難把水分離出來。因此，它在個人衛生用品、醫院、工農業生產、土木建筑等各個領域都有廣泛用途。高吸水樹脂按原料劃分，有淀粉系(接枝物、羧甲基化等)、纖維素系(羧甲基化、 接枝物等)、合成聚合物系(聚丙烯酸系、聚乙烯醇系、聚氧乙烯系等)幾大類。其中聚丙烯酸系高吸水樹脂較淀粉系及纖維素系相比，具有生產成本低、工藝簡單、生產效率高、吸水能力強、產品保質期長等一系列優點，聚丙烯酸系產量占到80%。高吸水樹脂含有親水基團和交聯結構的高分子結構。吸水前，高分子鏈相互靠攏纏在一起，彼此交聯成網狀結構，從而達到整體上的緊固。與水接觸時，水分子滲透到高吸水樹脂中使高分子鏈伸展溶脹，形成水凝膠。同時，高吸水樹脂本身的交聯網狀結構及氫鍵作用，又限制了凝膠的無限膨脹。在霧區的大氣中，高吸水樹脂微粒與微小霧滴碰撞，其親水性官能團將霧滴吸入樹脂網狀結構中，使樹脂溶脹而凝膠化，高吸水樹脂微粒吸水量可達自身重量的400 1000倍，吸收大量霧滴后的樹脂墜落地面，使大霧快速消散。鑒于上述的原因，高吸水樹脂吸水能力比氯化鈣、食鹽、尿素等高出上百倍。所以，在本發明中，采用高吸水樹脂作為消霧材料。高吸水樹脂產品粒徑多為70 500微米，堆積密度在0. 8克/立方厘米左右。已廣泛用于嬰兒的“尿不濕”，醫院中吸濕體液的墊布等。目前國內已研制出能吸收自身重量達2000倍的淀粉接枝類高吸水樹脂。為了能夠實現前述的方法和效果，本發明提供了一種快速消除暖霧的設備，參見圖1，該設備主要由引射噴管1、渦輪噴氣發動機2和消霧劑存貯箱5構成；其中，引射噴管 1整體上為一“L型”彎曲形狀的管體，具有噴射口 11和進氣口 12，噴射口 11設置為朝向天空；進氣口 12套設于渦輪噴氣發動機2的噴口 21外部，且進氣口 12與渦輪噴氣發動機 2的噴口 21之間具有使空氣流過的空隙9。進氣口 12經由輸送管3連接消霧劑存貯箱5 ； 在渦輪噴氣發動機2的壓氣機22和消霧劑存貯箱5之間設置壓縮空氣管道4。借助于前述的設備，渦輪噴氣發動機2工作時，由渦輪噴氣發動機2的壓氣機22產生壓縮空氣，該壓縮空氣由壓縮空氣管道4進入到密閉的消霧劑存貯箱5的底部射出，使存儲在消霧劑存貯箱5 內的高吸水樹脂微粒在增壓氣體(壓縮空氣)射流的作用下，產生“粉體流態化”效應；處于流態化狀態的高吸水樹脂微粒則經由輸送管3被輸送到進氣口 12內，在那里，高吸水樹脂微粒與渦輪噴氣發動機2的噴口 21噴射出的高速氣流(300-550米/秒)摻混，經引射噴管1的噴射口 11噴射至霧區的頂部。由于渦輪噴氣發動機2經噴射口 11射出的氣流通常在100°C -300°C之間，這樣的氣流處于干燥狀態，它和高吸水樹脂微粒混和后，可以保護高吸水樹脂微粒在向上噴射過程中基本不與霧滴接觸，高吸水樹脂微粒無法吸收霧滴。當高吸水樹脂微粒被高速氣流噴射到霧區頂部時，高速氣流對于高吸水樹脂微粒的推升作用消失，高吸水樹脂微粒則在地球引力的作用下向下飄落，在飄落的過程中，具有極強吸水能力的高吸水樹脂微大量地吸收霧滴，并不斷膨脹、凝膠化，最終落回地面。而在高吸水樹脂微粒從霧區頂部回落到地面的過程中，大氣中的霧滴被迅速吸收，導致霧區大氣迅速被“干燥”，暖霧也就由此被快速地稀釋、消散。
在前述的方案中，引射噴管1只有一個噴射口 11，通過驅動裝置7使引射噴管1繞其軸線作士30°的擺動，使高吸水樹脂微粒呈扇面形狀噴射；但是，在對高速公路消霧時不需噴射那樣大的范圍，將引射噴管1的噴射口 11設置為“Y型”結構，此時引射噴管1不作擺動亦可滿足高速公路消霧要求。驅動裝置可以采用多種機械結構實現。例如采用一馬達帶動一齒輪(或齒輪組)71，該齒輪與圍設在引射噴管1靠近渦輪噴氣發動機2 —端管體外壁上的齒輪相互嚙合，當馬達帶動前述的齒輪旋轉時，引射噴管1外壁上的齒輪帶動引射噴管1整體旋轉，而由于引射噴管1整體上為一“L型”彎曲形狀的管體，因此，可以使引射噴管1的噴射口 11 做較大的來回擺動。總之，凡是可以驅動引射噴管1管體轉動，最終帶動噴射口 11在更大范圍運動的驅動裝置7，都在在本發明保護范圍之中。另外，在輸送管3上設置閥門8，控制高吸水樹脂微粒從消霧劑存貯箱5流出，閥門 8的開度大小可以調整，用于控制從消霧劑存貯箱5流出的高吸水樹脂微粒的流量。本發明的一個具體的實施方式是將本發明的設備安裝在一輛汽車A上。可以使本發明的快速消除暖霧的設備在機場、碼頭、高速公路等更大范圍內一邊移動，一邊向該范圍內的霧層頂部噴射高吸水樹脂微粒，實現快速消除大范圍霧區中暖霧的目的。高吸水樹脂微粒吸水的比率與粒徑的大小有關。試驗結果顯示受其網狀結構的影響，高吸水樹脂微粒的粒徑在80 160微米時，其吸水率維持在高點，而粒徑大于160微米和小于80微米時，吸水率均會降低。因此，用于機場、海港、江河輪渡區域消除暖霧的高吸水樹脂微粒，其最佳粒徑宜選取在80 160微米的范圍。本發明上述的技術方案與現有技術相比，具有如下突出的特點和顯著的進步1、采用高吸水樹脂微粒消霧，將微小霧滴直接吸收于高吸水樹脂微粒自身的網狀結構中而成為凝膠狀態，突破了現有消霧劑以凝結核的方式凝聚微小水滴的消霧模式，其消霧能力比氯化鈣、食鹽、尿素高出上百倍，是民航機場、高速公路、江河輪渡碼頭、海港等場所快速消除暖霧的高效手段，可大幅度減少飛機因大霧影響不能起降、貨輪在大霧中不能進港、高速公路因大霧被迫關閉等現象，而獲得良好的經濟效益和社會效益。2、當本發明采用高吸水樹脂材料作為消霧劑時，能夠充分體現本發明對環境友好，對人體無害的優勢。微粒吸水量可達自身重量的400 1000倍，吸收大量霧滴后的樹脂墜落地面，使大霧快速消散。高吸水樹脂凝膠體的酸堿度呈中性，墜落于交通工具上，不會產生腐蝕作用，且無粘性，易被氣流吹除；吸入發動機內，能在燃燒室內被焚化；墜落于土壤中可以成為優良的保濕劑，能提高種子的發芽率和抗旱能力，使土壤的透氣性能增強。 因此，使用高吸水樹脂微粒消霧是迄今最為環保的人工消霧方式。3、本發明采用渦輪噴氣發動機消霧產生消霧劑噴射氣流，其優點是經引射噴管噴出后的渦輪噴氣發動機尾氣射流仍有較高溫度，它和高吸水樹脂微粒混和后可保持高吸水樹脂微粒干燥狀態，使得高吸水樹脂微粒在渦噴發動機射出的熱氣流的攜帶下能夠上升至100米左右的高度，在向下墜落過程中吸濕脹大而凝膠化。一般情況下，機場、港口、高速公路等區域的暖霧高度通常在40 100米之間，渦輪噴氣發動機可將高吸水樹脂微粒播撒至霧區的頂層。而采用其它噴射方式，因高吸水樹脂微粒得不到足夠的速度，也無法保證在上升過程中保持在干燥狀態，因此，遇到霧滴就會快速吸水脹大，而無法到達霧區的頂層高度。也就無法達到快速、有效地消除暖霧的目的。
權利要求
1.一種快速消除暖霧的方法，其特征在于自消霧劑存貯箱向引射噴管輸送消霧劑， 即向消霧劑存貯箱內引入壓縮空氣，以使存儲在消霧劑存貯箱內的消霧劑在增壓氣體射流的作用下產生“粉體流態化”效應，利用連接在消霧劑存貯箱和引射噴管之間的輸送管將流態化的消霧劑輸送入引射噴管；利用渦輪噴氣發動機噴射的高速氣流，將輸送到所述引射噴管內的消霧劑噴射到暖霧的頂層；所述消霧劑是高吸水樹脂微粒。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括驅動所述引射噴管于行進過程中左右擺動，使所述消霧劑在行進過程中呈扇面形狀向上噴射。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括于噴射所述消霧劑之前，使所述消霧劑與高溫氣流在引射噴管內進行混合。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述渦輪噴氣發動機噴射氣流的速度為 300-550米/秒，噴射氣流的溫度在100°C _300°C之間。
5.根據權利要求1-4所述的設備，其特征在于所述高吸水樹脂微粒的直徑為80-160 微米。
6.一種快速消除暖霧的設備，主要由引射噴管、渦輪噴氣發動機和消霧劑存貯箱構成； 其中，所述引射噴管為一“L型”形狀的管體，具有噴射口和進氣口，所述噴射口設置為朝向天空；所述進氣口套設于渦輪噴氣發動機的噴口外部，且進氣口與渦輪噴氣發動機的噴口之間具有使空氣流過的空隙，進氣口經由輸送裝置連接消霧劑存貯箱；所述輸送裝置包括連接在消霧劑存貯箱底部和引射噴管入氣口側部的輸送管；以及連接于渦輪噴氣發動機壓氣機和消霧劑存貯箱之間的壓縮空氣管道；所述消霧劑為高吸水樹脂微粒。
7.根據權利要求6所述的設備，其特征在于所述引射噴管通過驅動裝置使其繞軸線作左右的擺動，使消霧劑呈扇面形狀噴射；或者，引射噴管制作成具有一個進氣口和兩個噴射口，且兩個噴射口呈“Y”型設置。
8.根據權利要求6所述的設備，其特征在于，還包括在所述輸送管上設置有能夠控制消霧劑流量的閥門。
9.根據權利要求6-8任一所述的設備，其特征在于還包括有交通工具，所述引射噴管、噴氣發動機和消霧劑存貯箱固設于所述交通工具上。
10.根據權利要求6-8任一所述的設備，其特征在于所述高吸水樹脂微粒的直徑為 80-160 微米。
全文摘要
本發明公開了一種快速消除暖霧的方法及設備，該方法將高吸水樹脂微粒消霧劑自消霧劑存貯箱輸送入引射噴管，利用渦輪噴氣發動機噴射的高速氣流將高吸水樹脂微粒噴射到暖霧的頂端。該設備主要由引射噴管、渦輪噴氣發動機和消霧劑存貯箱構成；引射噴管整體上為一“L型”彎曲形狀的管體，具有噴射口和進氣口，噴射口朝向天空；進氣口套設于渦輪噴氣發動機的噴口外部，進氣口與渦輪噴氣發動機的噴口外壁之間具有使空氣流入的空隙，進氣口經由輸送裝置連接消霧劑存貯箱。本發明能夠實現快速消除暖霧，大大降低人工消除暖霧的成本。
文檔編號E01H13/00GK102337731SQ201010239118
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月26日 優先權日2010年7月26日
發明者姬永興, 柳澤, 王戈, 王稼心, 白明 申請人:姬永興, 王戈, 白明