新型热水融雪车

吉林省吉林市第一中学 1807班 陈玥明

一、现有技术分析

表1

目前，国际上主要有4类除雪方式。第一类是将路面积雪临时扫推至路边堆积，等待装载运输车辆进行二次清除处理。第二类是将积雪抽吸进装置中加压喷射，抛至离路边更远的空旷地带存放，或直接喷射抛入运输车内运走。第三类是通过高温气体直接喷吹路面积雪，使其融化后再收集至车体水箱内就近排放；化学融雪法则通过环保的融雪剂与积雪进行化学反应，在不影响交通的前提下使积雪融化为雪水。第四类是通过特殊的循环刨锤机构破冰装置将路面积冰敲碎后收集处理，并结合其他除雪技术共同完成除雪工作。以上四类除雪技术的优、缺点如表1。

从表1可以得出，最佳的除雪技术方案集中于融雪类技术，而在融雪类技术方案里，冰雪物质的热交换效率及单次除雪时间与除雪效率有直接关系。

火焰融雪及化学融雪技术因噪声、环境污染、成本等因素不适合新融雪技术课题，而现有的蒸汽融雪技术在应用过程中受路面清洁度及平整度等因素影响，易造成融雪不均匀。蒸汽融雪设备污水箱体容积小，缩短了单次除雪的时间，效率低、速度慢，也不适合新融雪技术课题。

二、结构设计

我在设计新型热水融雪车时，提高了对热水喷射距离及热水温度与可循环热水补充系统，融雪过程中环境因素导致的热量损耗，扫雪、抛雪、融雪技术的兼容性，冰雪中杂物分离技术等的设计要求。

新型热水融雪车由集雪装置、融雪装置、蓄水装置组成。

在集雪装置结构中，动力滚刷旋转将积雪扫起，前置的碎雪装置将块状积雪击碎并加速吹向入雪口，经滤网后，大颗粒杂物被分离进入积渣盒内存放，小颗粒杂物随碎冰雪通过排雪管出雪口进入融雪装置入雪口。

集雪装置结构中设有除雪阀及排雪管活动装置。路面积雪较少时，可关闭除雪阀，使其成为独立的扫雪设备。当在空旷道路上除雪时，打开除雪阀，调转排雪管出雪口方向，调整出雪口抛雪角度，可使其成为独立的抛雪设备。当在城市拥挤的道路上除雪时，可将排雪管出雪口对准融雪装置入雪口，使其成为新型融雪设备。

融雪装置采用全封闭壳体理念，壳体通过外部加热装置预热，壳体内部增设热水喷淋系统，采用分段式融雪技术，在传输过程中将碎冰雪分段隔离。以每段碎冰雪为单位，通过热水直喷及高温壳体的全包围立体式喷吹方式，使碎冰雪经过几段喷淋点后全部融化为雪水。具体分析如图1。

图1 雪量变化曲线图

图1分析数据显示，碎冰雪分段后以单位雪量进行直喷融雪过程中，新落雪和密实雪在经历四至五段喷淋点后，基本完全融化为雪水，而冰雪混合体及碎冰块类需要经历更多热水喷淋段后才能逐渐融化。

封闭壳体外部采用全密封阻燃性保温材料包裹，减少热量损耗，壳体表面设有加热装置，从融雪装置入雪口落雪点开始，壳体温度直线下降到一定温度值后随冰雪移动，逐渐上升至第一段喷淋点处。经过第二段喷淋点处时，壳体温度会随之下降，到第三段喷淋点处逐渐回升。经历波浪式温度起伏后，冰雪完全融化，壳体温度基本保持恒定值。雪水经融雪装置出水口流入蓄水罐内，融雪过程结束。

融雪装置壳体与热水的初始热源温度值均设为70℃，在融雪过程中温度波动范围小于5%。温控系统采用仪表检测自动控制，封闭壳体热源取自热水水箱，热水喷淋系统采用热水增压循环泵加压至热水管路，通过高压热水喷头近距离直喷碎冰雪表面，达到最高的雪水热交换效率。

融雪装置的设计难点在于，融化后的雪水如何按照合适的比例分配给热水箱和蓄水罐，使热水箱的雪水量正好达到热水循环泵抽出的热水流量，使其进、出水流量平衡。

热水箱因冰雪水流入后温度降低，此时仪表温度检测装置自动控制。当温度低于设定下限值时，加热装置自动加热；当温度高于设定上限值时，停止加热。碎冰雪融化后，多余的雪水排入蓄水罐存储。当蓄水罐储水量达到上限值时，停止除雪工作，雪水就近被排入城市下水井内后，重新开始下一轮融雪工作。

三、创新点

1.高温封闭壳体融雪效果占冰雪融化量的30%，热水直接喷淋融雪效果占冰雪融化量的70%。

2.雪水按一定比例补充流入热水箱内，其补充水量约占融化雪水量的20%至30%，热水箱内新补充的水量因流量小，可在短时间内通过加热装置迅速升温，达到设定温度70℃，以保证融雪效率。

3.在融雪装置中首次采用泥沙过滤装置等新结构，提高了雪水热交换效率。

4.在整车的蓄水装置中，最大化地提高蓄水能力，从而达到除雪过程时间更长、除雪效率更高，缩短单次除雪时间。

新型热水融雪车仍存在不足之处，比如，集雪装置上的排雪管道口较高，设计时将局限于桥梁隧道的高度限定要求，如果将排雪管道口高度设计得较低，则蓄水罐高度相应降低，存储雪水容量减少，影响单次除雪时间。排雪管道的设计位置在车头前会影响驾驶员的前方视线等。

未来，我会继续改进，使新型热水融雪车更加完美，功能更多，效率更高。