УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМОПОДГОТОВКИ ВОДЫ В УСЛОВИЯХ ЗАМКНУТОГО ВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ В АКВАКУЛЬТУРЕ

Установка относится к области промышленного рыбоводства, а точнее, к системам для нагрева подпитывающей воды для установок замкнутого водообеспечения на предприятиях индустриальной аквакультуры.
В качестве ближайшего аналога выбрана установка для термоподготовки воды (Авт. свид. СССР №653489, МПК F25B 29/00, опубл. 25.03.1979 г.), содержащая холодильный контур, включающий компрессор, испаритель, конденсатор и связанный с ним водяной циркуляционный контур, в котором установлены емкости и насосы. С целью создания оптимальных температурных режимов, установка дополнительно содержит логический блок управления с датчиками, установленными в емкостях, а в холодильный контур введен 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.
Эффективность описанной установки снижается из-за конструкции водяного циркуляционного контура, которая не позволяет нагреть воду за один проход до подачи ее в рыбоводные емкости более чем на 5°С.Также при подаче свежей воды из источника с температурой значительно ниже температуры воды в рыбоводных емкостях, логический блок отключает установку и термоподготовка воды прекращается. Изменение направления потока холодильного агента снижает надежность установки при эксплуатации ее для нагрева и охлаждения. Различие конструктивного исполнения конденсатора и испарителя не позволяет обеспечить стабильную работу в обоих режимах.
Полезная модель решает задачу обеспечения нагрева воды до необходимой температуры за счет использования промежуточного теплоносителя и многократной циркуляции воды в циркуляционном водяном контуре.
Для достижения необходимого технического результата в известной установке для термоподготовки воды, содержащей холодильный контур, включающий компрессор, испаритель, конденсатор и связанный с холодильным контуром водяной циркуляционный контур, в котором установлены рыбоводные емкости и насосы, предлагается в водяном циркуляционном контуре дополнительно сформировать контур многократной циркуляции подпитывающей воды, замкнутый на конденсатор холодильного контура и включающий бак-аккумулятор, связанный с циркуляционным насосом. Кроме того, в установке предлагается сформировать контур промежуточного теплоносителя, который оборудовать теплообменником, подключенным через насос к воде из источника низкопотенциальной теплоты, и через насос замкнуть на испаритель холодильного контура.
Установка бака-аккумулятора и дополнительного водяного насоса позволяет накапливать воду, прошедшую однократно через холодильный контур, и подвергать ее нагреву до достижения необходимой температуры. Введение дополнительного контура промежуточного теплоносителя исключает возможность прекращения работы установки при подаче в нее холодной подпитывающей воды из источника.
Предлагаемый вариант исполнения установки позволит увеличить ресурс работы и надежность установки, эксплуатируемой в холодных климатических условиях. Отсутствие переключения потока холодильного агента позволит избежать неравномерного распределения холодильного агента в холодильном контуре. При эксплуатации теплонасосной установки, при температуре близкой к температуре замерзания воды и ниже, может возникнуть опасность замерзания в трубах воды-источника низкопотенциальной теплоты и отключения установки при температуре ниже запрограммированной в системе защиты установки для термоподготовки воды минимального значения температуры воды выходящей из испарителя, как правило, эта температура равна +3…4°C. Для предотвращения остановки, в установке, работающей только в режиме «нагрев», применяется промежуточной теплоноситель. Сформированный дополнительно контур многократной циркуляции подпитывающей воды в водяном циркуляционном контуре, замкнутый на конденсатор холодильного контура и включающий бак-аккумулятор, связанный с дополнительным насосом, позволит увеличить надежность подачи подпитывающей воды только после достижения необходимой температуры, заданной технологией разведения выращиваемого вида рыбы.
Устройство водяного циркуляционного контура предусматривает возможность подачи воды в рыбоводные емкости без предварительного нагрева и очистку от крупных взвесей при прохождении через механический фильтр. Распределение направления потока воды: на очистку, нагрев или в рыбоводный емкости, осуществляется переключением положения запорных вентилей.
На прилагаемой к описанию схеме представлена установка для термоподготовки воды в условиях замкнутого водообеспечения в аквакультуре.
На схеме приняты следующие обозначения:
1 - компрессор; 2 - испаритель; 3 - конденсатор; 4 - терморегулирующий вентиль; 5 - фильтр механический; 6 - насос водяной циркуляционный; 7 - насос водяной; 8 - теплообменник; 9 - насос для промежуточного теплоносителя; 10 - насос водяной; 11 - бак-аккумулятор; 12-34 - вентили запорные; 35 - контур промежуточного теплоносителя; 36 - холодильный контур; 37 - система подготовки воды перед подачей в рыбоводные емкости; 38 - насос водяной; 39 - рыбоводные емкости; 40-41 - вентили запорные; НПТ - источник низкопотенциальной теплоты.
Установка для термоподготовки воды состоит из холодильного контура 36, включающего компрессор 1, испаритель 2, конденсатор 3 и терморегулирующий вентиль 4; механического фильтра 5; двух водяных насосов: циркуляционного 6 и подачи воды в рыбоводные емкости 7; теплообменника 8, который вместе с насосом для промежуточного теплоносителя 9 формирует контур промежуточного теплоносителя 35; бака-аккумулятора 11, связанного с водным циркуляционным контуром и рыбоводными емкостями 39; системы подготовки воды перед подачей в рыбоводные емкости 37; водяного насоса 38. Для обеспечения распределения потока воды в установке предусмотрены запорные вентили 12-35, 40-41.
Установка работает следующим образом.
При нагреве подпитывающей воды вентили 12, 13, 14, 15, 18, 19, 20, 21, 27, 28, 29, 30, 33 открыты, остальные закрыты. Источник низкопотенциальной теплоты - вода из водоема или скважины водяным насосом 10 подается в теплообменник 8, где отдает теплоту промежуточному теплоносителю и сбрасывается из системы. Посредством насоса 9 промежуточный теплоноситель циркулирует по замкнутому контуру 35. Проходя через испаритель 2, теплоноситель отдает тепло холодильному агенту, циркулирующему в холодильном контуре. Холодильный контур состоит также из компрессора 1, конденсатора 3 и терморегулирующего вентиля 4. От подведенной теплоты в испарителе 2 холодильный агент переходит в газообразное агрегатное состояние и всасывается компрессором 1, где сжимается. Далее холодильный агент поступает в конденсатор 3, где отдает тепло подведенной воде. После чего, сконденсировавшийся хладагент проходит через терморегулирующий вентиль 4 и снова попадает в испаритель, после чего цикл повторяется. Вода из источника свежей подпитывающей воды набирается при открытом вентиле 34 и закрытом вентиле 33 в бак-аккумулятор 11 до достижения необходимого объема. После наполнения бака 11 вентиль 34 закрывается, 33 - открывается. Вода из бака 11 поступает в конденсатор 3, где нагревается за счет отвода теплоты от конденсирующихся паров холодильного агента. Далее вода насосом 6 подается обратно в бак-аккумулятор 11, и цикл продолжается до достижения водой необходимой температуры. После нагрева воды до требуемого температурного уровня, открывается вентиль 24, и вода подается в рыбоводные емкости 39, которые связаны с системой 37 подготовки воды перед подачей в рыбоводные емкости 39. В установке насос 7 для подачи воды в рыбоводные бассейны, благодаря системе запорных вентилей 25, 26, 31, 32, также может выполнять функцию резервного насоса и при выходе из строя насоса 6 не прекращать работу установки. Для очистки воды от механических примесей предусмотрен фильтр механический 5. Для очистки воды необходимо перекрыть все вентили кроме 22, 23, 27, 28, 29, 30, 33.
Также возможна подача подпитывающей воды без предварительной термообработки. В этом случае, после заполнения бака-аккумулятора 11 в режиме аналогичном режиму нагрева, подпитывающая вода проходит через механический фильтр 5 и насосом 7 подается в рыбоводный емкости 39.
3
3
Предлагаемая установка разрабатывалась для цеха аквакультуры, расположенного в Калининградской области. Подпитывающая вода поступает из артезианской скважины со средней температурой +7°С, в холодный период года температура воды опускается до +4°С. Объем рыбоводных емкостей составляет 5,5 м. Среднее значение ежесуточной подпитки - 0,5 м. Максимальная температура воды, поддерживаемая в емкостях, составляет 29°С.
Для организации работы предприятия аквакультуры с установками замкнутого водообеспечения важным фактором является наличие доступного способа термоподготовки. Расположение предприятий аквакультуры вблизи источников воды, часто в удалении от имеющихся централизованных источников теплоснабжения и магистралей, вызывает необходимость наличия собственного источника теплоснабжения. Строительство котельной и организация ее работы с привлечением дополнительного обслуживающего персонала увеличивает материальные затраты на производство, что сказывается на себестоимости продукции. Применение электронагревателей воды не требует наличия в штате специалистов по облуживанию и эксплуатации установки, но затраты на нагрев воды существенно выше, чем у других способов нагрева воды. Предлагаемая установка для термоподготовки воды в среднем в 3-4 раза эффективнее электронагревателей, но не требует сложной организации для обеспечения ежедневного функционирования. Эксплуатация современных установок с холодильным контуром для нагрева воды показала, что нагрев за один проход воды через конденсатор не превышает 5-6°С. При использовании воды для подпитки рыбоводных емкостей с низкой температурой воды на протяжении всего года невозможно достичь за один проход по контуру установки температуры, требуемой технологией выращивания рыбы. Применение промежуточного теплоносителя, который оборудован теплообменником, и бака-аккумулятора в циркуляционном контуре дает возможность обеспечения многократной циркуляции подпитывающей воды через конденсатор и позволяет нагревать воду до требуемой температуры.