УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМОПОДГОТОВКИ ВОДЫ В ВОДОЕМАХ Российский патент 1995 года по МПК F25B29/00 

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к рыбной промышленности для создания контролируемой, биологически активной водной среды при разведении водных организмов в естественных и искусственных водоемах.

Известны установки для разведения и содержания водных организмов, использующие тепловые насосы [1]. Установка состоит из двух бассейнов для культивирования организмов, ряда вспомогательных аппаратов, позволяющих вести обработку воды и контроль за ее параметрами (температурой и химическими параметрами) для создания оптимальных условий, и теплового насоса, охлаждающего один бассейн и нагревающего другой посредством промежуточных теплоносителей, циркулирующих в дополнительных контурах насосами.

Такие установки ввиду низкой энергопреобразующей эффективности, сложности, громоздкости и загрязненности (коррозионная активность теплоносителя) использовать для создания контролируемой среды в естественных водоемах нецелесообразно.

Известно также устройство для содержания и/или разведения водных животных [2] , состоящих также из двух бассейнов, соединенных непосредственно с тепловым насосом циркуляционными водяными контурами, причем каждый бассейн может одновременно как охлаждаться, так и нагреваться и снабжен необходимыми источниками тепла (непосредственно вода бассейнов, глубоководный колодец, глубинная вода озер, сточные воды промышленности). Для сглаживания экстремальных наружных температур в испарителе теплового насоса предусмотрено устройство дополнительного нагрева.

Недостатком этих устройств является большой расход электрической энергии для работы теплового насоса и большие мощности теплонасосного оборудования при работе в естественных водоемах, а также создание стационарных помещений или площадок под оборудование.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранная в качестве прототипа установка для термоподготовки воды [3].

Установка состоит из двух водяных циркуляционных контуров, в которых установлены емкости и водяные насосы, и холодильного контура теплового насоса, включающего элементы, соединенные следующим образом: испаритель, компрессор, конденсатор, ресивер, регулирующий вентиль, а также теплообменник воздушного охлаждения, подключенный одной стороной к линии связи испарителя с конденсатором через соленоидный вентиль, а другой к компрессору через два переключателя, установленные на всасывании и нагнетании последнего, и логического блока управления основными параметрами воды с датчиками, установленными в емкостях для оптимизации температурных режимов и параметров воды.

Такая установка позволяет использовать в качестве источника низкопотенциальной энергии воду и воздух. В предлагаемой установке для отбора тепла от источника низкопотенциальной энергии включен воздушный конденсатор, который выполняет роль испарителя при работе по схеме теплового насоса и конденсатора - при работе по схеме холодильной машины.

Недостатком известного устройства является следующее.

При работе установки в естественных условиях на водоемах при нагреве и охлаждении воды требуется большой расход электрической энергии и большие мощности теплонасосного оборудования, возникают значительные пиковые нагрузки потребления электроэнергии вследствие суточного перепада наружных температур и изменения потребления нагрузок в контролируемых объектах, необходимо создавать стационарные помещения или мощные площадки под оборудование, длительное отсутствие централизованного электроснабжения может привести к нежелательным последствиям. В описанном прототипе и аналогах нет устройства для создания биологически активных факторов развития водных микроорганизмов и рыб. Иногда возникает необходимость разводить тепло- и хладолюбивых организмов в одном водоеме.

Целью изобретения является создание высокоэффективной установки для термоподготовки воды при содержании и разведении рыб и водных организмов в контролируемых параметров естественных водоемов при минимальных затратах электроэнергии, сглаживании пиковых нагрузок электроэнергии, минимальной мощности теплонасосных установок, малого капитального строительства стационарных помещений, повышенной надежности и работоспособности системы и высокой биологической активности водной среды.

Указанная цель достигается тем, что установка состоит из холодильного контура, работающего по принципу теплового насоса, содержащего элементы, соединенные следующим образом: испаритель, компрессор, конденсатор, ресивер, регулирующий вентиль, а также аккумулятор тепловой энергии, подключенный одной стороной к линии связи испарителя с ресивером через соленоидный вентиль и терморегулирующий вентиль, а другой к компрессору через соленоидный вентиль к всасывающей линии, и льдогенератор (например, чешуйчатого льда), подключенный одной стороной к линии связи испарителя с ресивером либо через соленоидный и терморегулирующий вентили, а другой стороной к компрессору через два соленоидных переключателя, установленных на всасывании и нагнетании последнего, либо через соленоидный вентиль и барорегулирующий вентиль "до себя" к всасывающей линии компрессора. Установка имеет логический блок управления температурными параметрами воды с датчиками, а также включает тепловые колпаки, в которых создаются регулируемые параметры воды, установленные при естественных условиях в водоемах. Колпаки могут устанавливаться в одном и более водоемах. К колпакам подключаются водяные циркуляционные контуры (холодный и теплый), включающие ряд элементов, соединенных следующим образом: контур подогретой воды - фильтр-заборник, водяной насос, электромеханические задвижки, конденсатор, аэратор; в контуре охлажденной воды последовательность и перечень элементов сохраняются, лишь вместо конденсатора установлен испаритель. К водяным циркуляционным контурам подогреваемой и охлаждаемой воды подключен через электромеханические задвижки льдогенератор, выход воды (льда) от которого подведен к накопительной емкости, установленной прямо под льдогенератором. Накопительная емкость через насос и механические задвижки подключается к выходам циркуляционных контуров холодной и теплой воды или к входной водной линии льдогенератора.

К контуру подогреваемой воды параллельно при помощи электромеханических задвижек подключен аккумулятор тепловой энергии.

Тепловые колпаки необходимы для накапливания и удерживания внутри себя теплой и холодной воды. Они представляют изолированную часть акватории водоема, закрытого с боков экраном изоляции, а сверху прозрачной оболочкой [4] . В тепловом колпаке, в котором контролируются параметры подогретой воды, можно использовать днем тепличный эффект от энергии солнечной радиации. В предлагаемой установке включение аккумуляторов тепловой энергии позволяет экономить электрическую энергию и сглаживать пиковые нагрузки электроэнергии за счет частичного накопления тепловой энергии аппаратами днем (например, энергия солнечной радиации - в тепло, ветровая энергия - в тепло, сжигание отходов - днем), а ночью, когда потребление тепла в емкости возрастает за счет введения аккумулятора тепла без существенного повышения энергии, добавляется дополнительная тепловая нагрузка как по тепловому циркуляционному водяному контуру, так и в холодильном контуре теплового насоса, где второй аккумулятор тепловой энергии включен параллельно испарителю.

Включение в схему установки льдогенератора позволяет решать ряд задач: во-первых, он может подогревать воду в тепловом циркуляционном контуре, включаясь по воде через задвижки последовательно с конденсатором, а в холодильном контуре через соленоидные вентили параллельно конденсатору; во-вторых, он может охлаждать воду в холодном циркуляционном контуре, включаясь по воде через задвижки последовательно с испарителем, а в холодильном контуре через соленоидные вентили и терморегулирующий вентиль параллельно испарителю; в-третьих, он может производить лед, накапливая его в накопителе, тем самым создавая аккумуляцию холода, причем в холодный водяной циркуляционный контур он может быть подключен через задвижки вместе с накопителем и насосом параллельно основному водяному циркуляционному контуру, а в холодильный контур параллельно испарителю через соленоидные вентили и барорегулирующий вентиль "до себя". Барорегулирующий вентиль "до себя" позволяет в льдогенераторе держать температуру кипения холодильного агента намного ниже, чем в испарителе по схеме с одним компрессором, что более экономично.

Наличие описанных выше элементов позволяет осуществлять накопление как тепла, так и холода, что значительно может сглаживать пиковые нагрузки энергии и ее расход, причем наличие льда позволяет получать талую биологически активную воду. В накопитель возможно закладывать и естественный лед. Наличие аккумулирующей способности установки позволяет в случае отключения централизованной подачи энергии (при аварийном источнике питания) значительно сократить потребление ее (энергия пойдет только на работу водяных насосов). Стационарные капитальные помещения инкубационных цехов можно заменять легкими, съемными тепловыми колпаками из прозрачных материалов, а теплонасосные установки монтировать на легких передвижных шасси.

На чертеже представлена схема установки для термоподготовки воды в водоемах.

Установка состоит из холодильного контура теплового насоса и двух циркуляционных контуров подогреваемой и охлаждаемой воды.

Холодильный контур теплового насоса содержит последовательно соединенные элементы: компрессор 1, конденсатор 2, ресивер 3, терморегулирующий вентиль 4, испаритель 5. В холодильный контур через терморегулирующий вентиль 6 подключен льдогенератор 7, а также через терморегулирующий вентиль 8 аккумулятор тепловой энергии 9. При помощи соленоидных вентилей холодильного контура 10-22 осуществляется подключение аппаратов для различных комбинаций работы теплового насоса. Барорегулирующий вентиль "до себя" 23 включен в холодильный контур для экономической и целесообразной работы льдогенератора 7.

Контур циркуляции подогреваемой воды содержит последовательно соединенные элементы: тепловой колпак 24, фильтр-заборник 25, насос 26, электромеханическую задвижку 27, конденсатор 2, задвижку 28, аэратор 29. Параллельно задвижке 28 при помощи задвижек 30 и 31 подключен аккумулятор тепловой энергии 32, а параллельно задвижке 27 подключена цепь, последовательно соединяющая задвижку 33, льдогенератор 7, накопитель 34, насос 35, задвижку 36.

Контур циркуляции охлаждаемой воды содержит последовательно соединенные элементы: тепловой колпак 37, фильтр-заборник 38, насос 39, испаритель 5, задвижку 40, аэратор 41. Параллельно задвижке 40 подключена цепь, состоящая из элементов: задвижка 42, льдогенератор 7, накопитель 34, насос 35, задвижка 43. Для самоциркуляции охлаждаемой воды насосом 35 через льдогенератор 7 предусмотрена задвижка 44.

Установка для термоподготовки воды в водоемах работает следующим образом. Из теплового колпака 24, создающего подогреваемую водную среду в водоеме через фильтр-заборник 25, позволяющий отделитель живые организмы, насосом 26 вода может подаваться в конденсатор 2 через электромеханическую задвижку 27, где она принимает тепло конденсации холодильного агента, и затем через задвижку 28 проходит аэратор 29, где обогащается воздухом и подается обратно под колпак 24.

Аккумулятор тепла 32 может подключаться ночью через задвижки 31 и 30 для подвода дополнительного тепла к воде, а аккумулятор 9 в холодильном контуре через соленоидные вентили 14 и 15 и терморегулирующий вентиль 8 для подвода дополнительной тепловой нагрузки через компрессор 1 на конденсатор 2.

Вода в теплом контуре может циркулировать также по следующей схеме: тепловой колпак 24, фильтр 25, насос 26, задвижка 33, льдогенератор 7, накопитель 34, насос 35, задвижка 36, конденсатор 2, задвижка 28, аэратор 29 и снова колпак 24, при этом льдогенератор включается в холодильном контуре параллельно конденсатору 2 следующим образом: компрессор 1, соленоидный вентиль 11, льдогенератор 7, вентиль 20, ресивер 3. По такой схеме льдогенератор 7 используется как дополнительный источник подогрева воды. Охлаждаемая вода может циркулировать по следующему контуру: из теплового колпака 37, создающего охлажденную водную среду в водоеме, через фильтр-заборник 38, насосом 39 вода подается в испаритель 5, затем через задвижку 40, аэратор 41 и далее под колпак 37. Теплонасосная установка отбирает тепло в испарителе 5, одновременно через задвижку 42 охлажденная вода может подаваться на льдогенератор 7, который в холодильный контур включается параллельно испарителю 5 по цепи: ресивер 3, вентиль 18, вентиль 21, льдогенератор 7, вентиль 13, барорегулирующий вентиль "до себя" 23, компрессор 1. При таком включении льдогенератор накапливает лед. В режиме накопления льда предусмотрена циркуляция насосом 35 переохлажденной воды из накопителя 34 через задвижку 44. При получении талой воды она из накопителя 34 насосом 35 через задвижку 43 и аэратор 41 подается под колпак 37, либо через задвижку 36, конденсатор 2, задвижку 28, аэратор 29 под колпак 24. Если нагрузки испарителя 5 для получения холодной воды не хватает, то можно подключить для охлаждения воды (по контуру фильтр 38, насос 39, испаритель 5, заслонка 42, льдогенератор 7, накопитель 34, насос 35, задвижка 43, аэратор 41, колпак 37) льдогенератор 7, который целесообразно включить в холодильный контур параллельно испарителю 5 по схеме: ресивер 3, вентиль 19, терморегулирующий вентиль 6, вентиль 21, льдогенератор 7, вентиль 12, компрессор 1.

Возможна работа установки в комбинированном режиме при одновременном получении подогреваемой теплой и охлаждаемой холодной водной среды.

Параметры среды в рабочих колпаках поддерживаются датчиками, работающими на единый логический блок управления всеми соленоидными вентилями, электромеханическими задвижками, аппаратами и компрессором. Предлагаемая установка обеспечивает следующие преимущества:
на основании расчетов энергетических тепловых балансов в подогреваемых и охлаждаемых контролируемых средах при одинаковых объемах их уменьшается потребление энергии в 5 раз;
суточные колебания пиковых нагрузок напряжения на основании расчетов по среднестатистическим данным в предполагаемых периодах эксплуатации системы уменьшено в 1,8 раза;
мощность теплонасосного оборудования при одинаковых контролируемых параметрах водных сред уменьшено в 6 раз;
установка может создавать биологически активную водную среду под колпаками или колпаком как в одном, так и в нескольких водоемах;
данная установка может работать как в водоемах при естественных условиях, так и емкостях, бассейнах и т.д. в закрытых помещениях.

Использование: изобретение относится к холодильной технике, в частности к рыбной промышленности. Сущность изобретения заключается в том, что в холодильный контур, содержащий последовательно соединенные компрессор, конденсатор, ресивер, терморегулирующий вентиль, испаритель, через терморегулирующий вентиль подключен льдогенератор, а через другой терморегулирующий вентиль - аккумулятор тепловой энергии. При помощи соленоидных вентилей осуществляется подключение аппаратов для различных комбинаций теплового насоса. 1 ил.

УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМОПОДГОТОВКИ ВОДЫ В ВОДОЕМАХ, содержащая логический блок управления температурными параметрами воды и работой теплового насоса, водяные циркуляционные контуры и холодильный контур, включающий последовательно подключенные через соленоидные вентили испаритель, компрессор, конденсатор, ресивер, регулирующий вентиль, отличающаяся тем, что, с целью снижения затрат и сглаживания пиковых нагрузок электроэнергии, уменьшения мощности теплового насоса, повышения надежности и работоспособности и создания биологически активной среды, в холодильный контур дополнительно введены аккумулятор тепловой энергии, подключенный одной стороной к линии связи испарителя с ресивером через соленоидный и терморегулирующий вентили, а другой - к компрессору через соленоидный вентиль к всасывающей линии, и льдогенератор, подключенный одной стороной к линии связи испарителя с ресивером либо через соленоидный вентиль, либо через соленоидный и терморегулирующий вентили, а с другой стороны к компрессору через два соленоидных вентиля, установленных на всасывающей и нагнетательной линиях последнего, либо через соленоидный вентиль и барорегулирующий вентиль "до себя" к всасывающей линии компрессора, а в водяные циркуляционные контуры дополнительно введены тепловые колпаки и через электромеханические задвижки льдогенератор, выход воды из которого подведен к накопительной емкости и насосу, и аккумулятор тепловой энергии.