Комбинированный нагреватель питьевой и технической воды на возобновляемых источниках энергии в животноводческом помещении Российский патент 2024 года по МПК F24D17/02 A01K29/00 F24H8/00 

Изобретение относится к отрасли энергетики в сельском хозяйстве

и предназначено для утилизации тепловой энергии удаляемого вентиляционного воздуха из животноводческого помещения и тепловой энергии солнечного излучения для нагрева воды на поение животных и нагрева воды на технические цели.

Известно устройство для нагрева воды за счет солнечной энергии,

используемой для преобразования энергии солнечного излучения в тепловую энергию, используемую для нагрева воды (патент РФ № 2672656, МПК F24S 10/55, F24S 10/10, 2018). Солнечный коллектор выполнен в виде группы независимых управляемых водонагревателей, соединенных с системой водоснабжения при помощи резьбовых втулок, которые встраиваются в каждый профильный элемент, образованный верхним и нижним листом, система подачи и отвода воды формируется с помощью резьбовых соединений трубопроводов, обеспечивающих требуемую конфигурацию комплекса нагрева воды из требуемого набора профильных элементов и солнечных коллекторов. Солнечный коллектор-водонагреватель предлагается для применения в животноводческом комплексе, где существует проблема с нагревом воды.

Недостатком известного устройства является то, что в конструкции солнечного коллектора не предусмотрено разделение теплового потока теплоты на поток, используемый для нагрева воды на поение животных с температурой 12-15°С и технические цели с температурой 60-65^°С, которое требуется для технологического процесса нагрева питьевой воды и технической воды раздельными потоками тепловой энергии и для снижения энергозатрат, кроме того, в водонагревателе не используется теплота, выделяемая животными.

Известно устройство для горячего водоснабжения с использованием солнечной и ветровой энергии,  содержащее солнечный коллектор, трехсекционный бак-аккумулятор, в верхней секции которого расположен дополнительный нагреватель, электрически связанный с ветроэлектроагрегатом, а в средней секции - нагреватель, электрически связанный с ветроэлектроагрегатом, теплообменник, вход которого связан с выходом солнечного коллектора через трехходовой клапан, а выход - с входом дополнительного теплообменника, расположенного в нижней секции бака-аккумулятора и своим выходом связанного с входом солнечного коллектора (патент РФ № 2228492, МПК F24D 17/00, 2004). Вход дополнительного теплообменника соединен перемычкой с трехходовым клапаном. В устройстве имеется насос для перекачивания воды из верхней секции бака-аккумулятора в его среднюю секцию и насос для перекачивания воды из нижней секции бака-аккумулятора в его среднюю (или верхнюю) секцию через трехходовой клапан.

Недостатком известного устройства является то, что не предусмотрено разделение теплового потока теплоты на поток, используемый для нагрева воды на поение животных с температурой 12-15°С и технические цели с температурой 60-65°С и сложность конструкции.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является установка нагрева воды для поения животных теплотой, производимой животными, в частности крупным рогатым скотом в животноводческом помещении (патент РФ № 2684293, МПК F24Н 1/38, F28D 21/00, 2019). Устройство выполнено в виде круглой трубы, (теплообменника - утилизатора), которая сварена по контуру прямоугольника (помещение коровника) и имеет ввод, через который поступает холодная вода, и вывод, через который нагретая вода перетекает в накопительную емкость, а дальше распределяется по потребителям.

Недостатком известной установки является то, что конструкция установки, использующая тепловой поток производимый животными, не предусматривает нагрев воды до 60-65°С. Кроме того, тепловой поток от животных носит нестабильный характер, отчего температура воды на выходе из трубы будет изменяться, что отрицательно влияет на продуктивность коров и способствует повышенным затратам энергии.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат на нагрев питьевой и технической воды путем утилизации тепловой энергии солнечного излучения и тепла, выделяемого животными и удаляемого вентиляционного воздуха из животноводческого помещения.

В результате использования предлагаемого изобретения снижаются энергозатраты при одновременном нагреве питьевой воды для животных и технической воды для технических целей возобновляемыми источниками энергии, для нагрева питьевой воды за счет тепловой энергии, выделяемой животными и удаляемого нагретого вентиляционного воздуха, с помощью термоэлектрического теплового насоса, состоящего из термоэлектрического модуля Пельтье и тепловых трубок, передающих тепловой поток удаляемого нагретого вентиляционного воздуха холодной питьевой воде для нагрева воды до 12-15°С, находящейся в накопительном баке питьевой воды, и тепловой энергии от преобразования в теплоту солнечного излучения с помощью солнечного коллектора с тепловыми трубками, передающими тепловую энергию солнечного излучения для нагрева воды до 60-65°С для технических целей, находящейся в накопительном баке для технической воды.

Технический результат достигается тем, что комбинированный нагреватель питьевой и технической воды на возобновляемых источниках энергии в животноводческом помещении, содержащий трубопроводы для подачи воды из магистрального водопровода, трубопроводы для подачи воды и отвода воды, комплект автопоилок, циркуляционный насос и блок управления, согласно изобретению, снабжен термоэлектрическим тепловым насосом, включающим термоэлектрический модуль Пельтье с холодным и горячим спаями, солнечным коллектором, расположенным на крыше помещения, тепловыми трубками, передающими тепловую энергию, выделяемую животными и удаляемого нагретого вентиляционного воздуха для нагрева питьевой воды, тепловыми трубками, передающими тепловую энергию солнечного излучения для нагрева технической воды, установленными в помещении накопительными баками питьевой и технической воды, соединенными с магистральным водопроводом, при этом одна тепловая трубка установлена на термоэлектрический модуль, соединяя его с вытяжной шахтой, при этом конденсатор тепловой трубки расположен на холодном спае термоэлектрического модуля, а испаритель в вытяжной шахте, испаритель другой тепловой трубки расположен на горячем спае термоэлектрического модуля, а ее конденсатор помещен в накопительный бак питьевой воды, соединенным прямоточным и обратным трубопроводами через циркуляционный насос для подачи и отвода воды с комплектом автопоилок, при этом в накопительном баке питьевой воды установлены трубчатый электронагреватель и датчик температуры питьевой воды, солнечный коллектор соединен тепловыми трубками с накопительным баком технической воды, при этом испарители тепловых трубок находятся в солнечном коллекторе, а конденсаторы помещены в накопительный бак технической воды, в котором установлены трубчатый электронагреватель, датчик температуры технической воды и имеется вентиль для забора технической воды, причем термоэлектрический модуль, трубчатый электронагреватель, установленный в накопительным баке питьевой воды, датчик температуры питьевой воды, насос, трубчатый электронагреватель, установленный в накопительном баке технической воды, и датчик температуры технической воды соединены с блоком управления.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена общая схема комбинированного нагревателя питьевой и технической воды на возобновляемых источниках энергии в животноводческом помещении.

Комбинированный нагреватель питьевой и технической воды на возобновляемых источниках энергии в животноводческом помещении содержит накопительный бак питьевой воды для животных 1, связанный прямоточным трубопроводом 2 с комплектом автопоилок 3 и обратным трубопроводом 4 для отвода воды с циркуляционным насосом 5 для подачи и отвода воды. Термоэлектрический тепловой насос 6 включает термоэлектрический модуль Пельтье 7 с холодным 8 и горячим 9 спаями. На холодном спае 8 термоэлектрического модуля 7 расположен конденсатор 10 тепловой трубки 11, а ее испаритель 12 находится в вытяжной шахте 13 животноводческого помещения. На горячем спае 9 термоэлектрического модуля 7 расположен испаритель 14 тепловой трубкой 15, конденсатор 16, которой помещен в накопительный бак 1 питьевой воды для животных. Устройство содержит трубчатый электронагреватель (ТЭН) 17, датчик температуры питьевой воды 18, накопительный бак для технической воды 19, солнечный коллектор 20, испарители 21 тепловых трубок 22, конденсаторы 23 тепловых трубок 22, трубчатый электронагревателеь (ТЭН) 24, датчик температуры технической воды 25, блок управления 26, вентиль 27 для забора технической воды из накопительного бака 19, трубопровод для подачи воды 28 из магистрального водопровода в накопительный бак питьевой воды 1, трубопровод для подачи воды 29 из магистрального водопровода в накопительный бак технической воды 19.

Накопительный бак питьевой воды для животных 1 установлен в животноводческом помещении и соединен трубопроводом для подачи воды 28 с магистральным водопроводом. Автопоилки 3 прямоточным трубопроводом для подачи воды 2 и обратным трубопроводом для отвода воды 4 через циркуляционный насос 5 соединены с накопительным баком питьевой воды 1. Термоэлектрический тепловой насос 6 включает в себя термоэлектрический модуль Пельтье 7 с холодным 8 и горячим 9 спаями и тепловые трубки 11 и 15, передающими тепловую энергию, выделяемую животными и удаляемого нагретого вентиляционного воздуха для нагрева питьевой воды. Тепловая трубка 11 установлена на термоэлектрический модуль 7 и соединяет его с вытяжной шахтой 13 животноводческого помещения. На холодном спае 8 термоэлектрического модуля Пельтье 7 расположен конденсатор 10 тепловой трубки 11. Испаритель 12 тепловой трубки 11 расположен в вытяжной шахте 13 животноводческого помещения. На горячем спае 9 термоэлектрического модуля 7 расположен испаритель 14 тепловой трубки 15. Конденсатор 16 тепловой трубки 15 помещен в накопительный бак питьевой воды 1. Трубчатый электронагреватель (ТЭН) 17 и датчик температуры питьевой воды 18 установлены в накопительном баке питьевой воды 1. Термоэлектрический модуль 7, трубчатый электронагреватель 17, датчик температуры питьевой воды 18 и циркуляционный насос 5 соединены с блоком управления 26.

Солнечный коллектор 20 установлен на крыше животноводческого помещения и соединен тепловыми трубками 22, с накопительным баком технической воды 19. Накопительный бак 19 трубопроводом для подачи воды 29 соединен с магистральным водопроводом. Испарители 21 тепловых трубок 22 находятся в солнечном коллекторе 20. Конденсаторы 23 тепловых трубок 22 помещены в накопительный бак технической воды 19. В накопительном баке 19 установлены трубчатый электронагреватель (ТЭН) 24 и датчик температуры технической воды 25, которые соединены с блоком управления 26. В накопительном баке 19 имеется вентиль 27 для забора технической воды.

Работает комбинированный нагреватель питьевой и технической воды на возобновляемых источниках энергии в животноводческом помещении следующим образом.

Нагрев питьевой воды и технической воды осуществляют раздельными тепловыми потоками, которое требуется для двух технологических процессов точного поддержания температуры питьевой и технической воды, питьевой воды до 12-15°С на поение животных за счет использования тепловой энергии, выделяемой животными в животноводческом помещении, технической воды до 60-65°С для технических целей за счет тепловой энергии солнечного излучения.

Утилизация теплоты, производимой животными, удаляемого из помещения по вентиляционной шахте 13 воздуха, происходит с помощью теплового насоса 6, который начинает работать при подключении термоэлектрического модуля 7 к блоку управления 26. При этом испаритель 12, находящийся в потоке удаляемого из помещения теплого воздуха в вытяжной шахте 13 ассимилирует тепловую энергию удаляемого воздуха и при помощи тепловой трубки 11 передает ее через конденсатор 10 на холодный спай 8 термоэлектрического модуля 7. Выделившаяся при этом тепловая энергия, производимая животными, вместе с Джоулевой энергией термоэлектрического модуля 7 передается на горячий спай 9 термоэлектрического модуля 7. В испарителе 14 тепловой трубки 15 накопительного бака питьевой воды 1 за счет энергии горячего спая 9 происходит испарение теплоносителя, находящегося в испарителе 14 тепловой трубки 15, а в конденсаторе 16, находящемся в накопительном баке 1, его конденсация и выделение теплоты. Выделенная при этом тепловая энергия в результате конденсации теплоносителя в конденсаторе 16 идет на нагрев питьевой воды до 12-15°С в накопительном баке 1. Приготовленная для поения животных вода из накопительного бака 1 с помощью циркуляционного насоса 5 по прямоточному 2 трубопроводу подается в автопоилки 3 для поения животных. По трубопроводу 4 вода из поилок возвращается в накопительный бак 1. При этом в накопительный бак питьевой воды 1 холодная вода для нагрева подается по трубопроводу 28 из магистрального водопровода. Когда утилизируемой тепловой энергии, выделяемой животными не достаточно для нагревания питьевой воды до требуемой температуры 12-15°С используется трубчатый электронагреватель (ТЭН) 17, установленный в накопительном баке питьевой воды 1. Датчик температуры питьевой воды 18 и блок управления 26 обеспечивают поддержание температуры воды на уровне 12-15°С.

Нагрев технической воды для технических целей в накопительном баке технической воды 19 осуществляют с помощью солнечного коллектора 20 с тепловыми трубками 22, передающими тепловую энергию солнечного излучения для нагрева технической воды до температуры 60-65°С в накопительном баке 19.

Солнечная энергия нагревает теплоноситель тепловых трубок 22, который испаряется в испарителях 21 тепловых трубок 22. Образующийся пар транспортируется в конденсаторы 23 тепловых трубок 22. В конденсаторах 23 пар конденсируется, отдавая скрытую теплоту воде, находящейся в накопительном баке 19. Выделенная в процессе конденсации тепловая энергия нагревает холодную воду, поступающую из магистрального водопровода по трубопроводу 29 в накопительном баке технической воды 19 до требуемой температуры 60-65°С. Датчик температуры технической воды 25, установленный в накопительном баке технической воды и блок управления 26 обеспечивают поддержание температуры технической воды на уровне 60-65°С. При необходимости (недостаточно интенсивное солнечное излучение) нагрев воды осуществляется с помощью трубчатого нагревателя (ТЭН) 24, установленного в накопительном баке 19. Разбор технической воды для технических целей из накопительного бака 19 производится с помощью вентиля 27.

Комбинированный нагреватель питьевой и технической воды на возобновляемых источниках энергии в животноводческом помещении позволяет обеспечить технологический процесс получения горячей воды с помощью возобновляемой тепловой энергии, не прибегая для нагрева воды к традиционным видам энергии.

Предлагаемый комбинированный нагреватель питьевой и технической воды позволяет снизить энергозатраты, используя энергию возобновляемых источников, на нагрев питьевой воды для поения животных за счет использования тепловой энергии, выделяемой животными в животноводческом помещении и технической воды для технических целей за счет тепловой энергии солнечного излучения.

Изобретение относится к отрасли энергетики в сельском хозяйстве и предназначено для утилизации тепловой энергии удаляемого вентиляционного воздуха из животноводческого помещения и тепловой энергии солнечного излучения для нагрева воды на поение животных и нагрева воды на технические цели. В результате использования предлагаемого изобретения снижаются энергозатраты при одновременном нагреве питьевой воды для животных и технической воды для технических целей возобновляемыми источниками энергии, для нагрева питьевой воды за счет тепловой энергии, выделяемой животными и удаляемого нагретого вентиляционного воздуха, с помощью термоэлектрического теплового насоса, состоящего из термоэлектрического модуля Пельтье и тепловых трубок, передающих тепловой поток удаляемого нагретого вентиляционного воздуха холодной питьевой воде для нагрева воды до 12-15°С, находящейся в накопительном баке питьевой воды, и тепловой энергии от преобразования в теплоту солнечного излучения с помощью солнечного коллектора с тепловыми трубками, передающими тепловую энергию солнечного излучения для нагрева воды до 60-65°С для технических целей находящейся в накопительном баке для технической воды. 1 ил.

Комбинированный нагреватель питьевой и технической воды на возобновляемых источниках энергии в животноводческом помещении, содержащий трубопроводы для подачи воды из магистрального водопровода, трубопроводы для подачи воды и отвода воды, комплект автопоилок, циркуляционный насос и блок управления, отличающийся тем, что снабжен термоэлектрическим тепловым насосом, включающим термоэлектрический модуль Пельтье с холодным и горячим спаями, солнечным коллектором, расположенным на крыше помещения, тепловыми трубками, накопительным баком питьевой воды для поения животных и накопительным баком технической воды, установленными в помещении и соединенными с магистральным водопроводом, при этом одна тепловая трубка установлена на термоэлектрический модуль и соединяет его с вытяжной шахтой, причем конденсатор тепловой трубки расположен на холодном спае термоэлектрического модуля, а испаритель находится в вытяжной шахте, на горячем спае термоэлектрического модуля расположен испаритель другой тепловой трубки, а ее конденсатор помещен в накопительный бак питьевой воды, соединенным прямоточным и обратным трубопроводами через циркуляционный насос для подачи и отвода воды с комплектом автопоилок, при этом в накопительном баке питьевой воды установлены трубчатый электронагреватель и датчик температуры питьевой воды, солнечный коллектор соединен тепловыми трубками с накопительным баком технической воды, при этом испарители тепловых трубок находятся в солнечном коллекторе, а конденсаторы помещены в накопительный бак технической воды, в котором установлены трубчатый электронагреватель, датчик температуры технической воды и имеется вентиль для забора технической воды, причем термоэлектрический модуль, трубчатый электронагреватель, установленный в накопительном баке питьевой воды, датчик температуры питьевой воды, насос, трубчатый электронагреватель, установленный в накопительном баке технической воды, и датчик температуры технической воды соединены с блоком управления.