新型熱水融雪車

吉林省吉林市第一中學 1807班 陳玥明

一、現有技術分析

表1

目前，國際上主要有4類除雪方式。第一類是將路面積雪臨時掃推至路邊堆積，等待裝載運輸車輛進行二次清除處理。第二類是將積雪抽吸進裝置中加壓噴射，拋至離路邊更遠的空曠地帶存放，或直接噴射拋入運輸車內運走。第三類是通過高溫氣體直接噴吹路面積雪，使其融化后再收集至車體水箱內就近排放；化學融雪法則通過環保的融雪劑與積雪進行化學反應，在不影響交通的前提下使積雪融化為雪水。第四類是通過特殊的循環刨錘機構破冰裝置將路面積冰敲碎后收集處理，并結合其他除雪技術共同完成除雪工作。以上四類除雪技術的優、缺點如表1。

從表1可以得出，最佳的除雪技術方案集中于融雪類技術，而在融雪類技術方案里，冰雪物質的熱交換效率及單次除雪時間與除雪效率有直接關系。

火焰融雪及化學融雪技術因噪聲、環境污染、成本等因素不適合新融雪技術課題，而現有的蒸汽融雪技術在應用過程中受路面清潔度及平整度等因素影響，易造成融雪不均勻。蒸汽融雪設備污水箱體容積小，縮短了單次除雪的時間，效率低、速度慢，也不適合新融雪技術課題。

二、結構設計

我在設計新型熱水融雪車時，提高了對熱水噴射距離及熱水溫度與可循環熱水補充系統，融雪過程中環境因素導致的熱量損耗，掃雪、拋雪、融雪技術的兼容性，冰雪中雜物分離技術等的設計要求。

新型熱水融雪車由集雪裝置、融雪裝置、蓄水裝置組成。

在集雪裝置結構中，動力滾刷旋轉將積雪掃起，前置的碎雪裝置將塊狀積雪擊碎并加速吹向入雪口，經濾網后，大顆粒雜物被分離進入積渣盒內存放，小顆粒雜物隨碎冰雪通過排雪管出雪口進入融雪裝置入雪口。

集雪裝置結構中設有除雪閥及排雪管活動裝置。路面積雪較少時，可關閉除雪閥，使其成為獨立的掃雪設備。當在空曠道路上除雪時，打開除雪閥，調轉排雪管出雪口方向，調整出雪口拋雪角度，可使其成為獨立的拋雪設備。當在城市擁擠的道路上除雪時，可將排雪管出雪口對準融雪裝置入雪口，使其成為新型融雪設備。

融雪裝置采用全封閉殼體理念，殼體通過外部加熱裝置預熱，殼體內部增設熱水噴淋系統，采用分段式融雪技術，在傳輸過程中將碎冰雪分段隔離。以每段碎冰雪為單位，通過熱水直噴及高溫殼體的全包圍立體式噴吹方式，使碎冰雪經過幾段噴淋點后全部融化為雪水。具體分析如圖1。

圖1 雪量變化曲線圖

圖1分析數據顯示，碎冰雪分段后以單位雪量進行直噴融雪過程中，新落雪和密實雪在經歷四至五段噴淋點后，基本完全融化為雪水，而冰雪混合體及碎冰塊類需要經歷更多熱水噴淋段后才能逐漸融化。

封閉殼體外部采用全密封阻燃性保溫材料包裹，減少熱量損耗，殼體表面設有加熱裝置，從融雪裝置入雪口落雪點開始，殼體溫度直線下降到一定溫度值后隨冰雪移動，逐漸上升至第一段噴淋點處。經過第二段噴淋點處時，殼體溫度會隨之下降，到第三段噴淋點處逐漸回升。經歷波浪式溫度起伏后，冰雪完全融化，殼體溫度基本保持恒定值。雪水經融雪裝置出水口流入蓄水罐內，融雪過程結束。

融雪裝置殼體與熱水的初始熱源溫度值均設為70℃，在融雪過程中溫度波動范圍小于5%。溫控系統采用儀表檢測自動控制，封閉殼體熱源取自熱水水箱，熱水噴淋系統采用熱水增壓循環泵加壓至熱水管路，通過高壓熱水噴頭近距離直噴碎冰雪表面，達到最高的雪水熱交換效率。

融雪裝置的設計難點在于，融化后的雪水如何按照合適的比例分配給熱水箱和蓄水罐，使熱水箱的雪水量正好達到熱水循環泵抽出的熱水流量，使其進、出水流量平衡。

熱水箱因冰雪水流入后溫度降低，此時儀表溫度檢測裝置自動控制。當溫度低于設定下限值時，加熱裝置自動加熱；當溫度高于設定上限值時，停止加熱。碎冰雪融化后，多余的雪水排入蓄水罐存儲。當蓄水罐儲水量達到上限值時，停止除雪工作，雪水就近被排入城市下水井內后，重新開始下一輪融雪工作。

三、創新點

1.高溫封閉殼體融雪效果占冰雪融化量的30%，熱水直接噴淋融雪效果占冰雪融化量的70%。

2.雪水按一定比例補充流入熱水箱內，其補充水量約占融化雪水量的20%至30%，熱水箱內新補充的水量因流量小，可在短時間內通過加熱裝置迅速升溫，達到設定溫度70℃，以保證融雪效率。

3.在融雪裝置中首次采用泥沙過濾裝置等新結構，提高了雪水熱交換效率。

4.在整車的蓄水裝置中，最大化地提高蓄水能力，從而達到除雪過程時間更長、除雪效率更高，縮短單次除雪時間。

新型熱水融雪車仍存在不足之處，比如，集雪裝置上的排雪管道口較高，設計時將局限于橋梁隧道的高度限定要求，如果將排雪管道口高度設計得較低，則蓄水罐高度相應降低，存儲雪水容量減少，影響單次除雪時間。排雪管道的設計位置在車頭前會影響駕駛員的前方視線等。

未來，我會繼續改進，使新型熱水融雪車更加完美，功能更多，效率更高。