УСТАНОВКА ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МОРСКИХ ГИДРОБИОНТОВ

Заявленная установка для культивирования морских гидробионтов относится к области морской аквакультуры (воспроизводства и выращивания беспозвоночных и рыб), а именно к обеспечению оптимального температурного режима водного циркуляционного технологического потока на основе использования нетрадиционных источников энергии.
Известна установка для выращивания рыб, содержащая систему циркуляционной воды с последовательно соединенными между собой трубопроводами, рыбоводным бассейном, насосом системы циркуляционной воды, узлом очистки циркуляционной воды, теплообменником и распылителем жидкости, систему подогрева циркуляционной воды с последовательно соединенными между собой трубопроводами змеевиком системы подогрева циркуляционной воды, компрессором, змеевиком теплообменника и редукционным клапаном и систему насыщения циркуляционной воды кислородом, с последовательно соединенными между собой трубопроводами кислородным баллоном, редукционными клапанами и распылителем газа [1].
Основными недостатками известной установки являются ограниченные возможности в регулировании температурного режима циркуляционного технологического потока в сторону уменьшения температур и, в связи с этим, невозможность поддержания оптимальных параметров в водном технологическом потоке при изменении параметров внешней среды.
Известна также установка для выращивания рыб, содержащая систему циркуляционной воды с последовательно соединенными между собой трубопроводами бассейном, узлом очистки циркуляционной воды и насосом, систему подогрева циркуляционной воды, включающую солнечный водонагреватель, змеевик теплообменника которого установлен в баке-аккумуляторе, систему насыщения циркуляционной воды кислородом
посредством компрессора через распылитель газа, помещенный в бассейн, систему забора воды из водоема, систему слива циркуляционной воды из бассейна и систему управления, включающую станцию управления [2].
Известная установка для выращивания рыб по своему функциональному назначению, технической сущности и достигаемому техническому результату наиболее близка к заявленной установке для культивирования морских гидробионтов.
К основным недостаткам известной установки следует отнести отсутствие принудительной терморегуляции (нагрев-охлаждение) в широком диапазоне и невозможность поддержания в бассейне оптимальных экологических параметров процессов культивирования морских организмов вне зависимости от сезона года.
В основу полезной модели поставлена задача разработать модульную установку для культивирования морских гидробионтов, которая позволила бы поддерживать оптимальные температурные режимы водного технологического потока и других экологически важных параметров для биотехнологий инкубирования и выращивания различных видов морских беспозвоночных и рыб вне зависимости от сезона года, т.е. круглогодично.
Для достижения указанного технического результата в установке для культивирования морских гидробионтов, содержащей систему циркуляционной воды с последовательно соединенными между собой трубопроводами бассейном, узлом очистки циркуляционной воды и насосом, систему подогрева циркуляционной воды, включающую солнечный водонагреватель, змеевик теплообменника которого установлен в баке-аккумуляторе, систему насыщения циркуляционной воды кислородом посредством компрессора через распылитель газа, помещенный в бассейн, систему забора воды из водоема, систему слива циркуляционной воды из бассейна и систему управления, включающую станцию управления, в системе циркуляционной воды бассейн дополнительно снабжен системой терморегулирования воды посредством низкотемпературного воздушно-компрессорного теплового насоса, который
автономно подключен к бассейну на входе воды в бассейн и отдельному выходу воды из бассейна, а сама установка снабжена внешним контуром циркуляции воды, включающим последовательно соединенные между собой трубопроводами емкость для тепловой водоподготовки с установленным в ней змеевиком теплообменника бака-аккумулятора, циркуляционный насос и насос подкачки воды во внешний контур циркуляции воды, система забора воды из водоема подключена к насосу для подкачки воды во внешний контур циркуляции воды, который посредством редукционного клапана и трубопроводов подключен к системе циркуляционной воды непосредственно на входе в бассейн, а в систему подогрева циркуляционной воды дополнительно включены, функционально связанные между собой, ветродизельная энергетическая установка, электрический аккумулятор и электрический котел, змеевик теплообменника которого установлен в баке-аккумуляторе.
Кроме того, в установке для культивирования морских гидробионтов:
- узел очистки циркуляционной воды выполнен в виде последовательно установленных по ходу движения воды фильтров механической, биологической и адсорбционной очистки;
- система забора воды из водоема выполнена в виде последовательно соединенных трубопроводами и арматурой водозабора, насоса и резервной емкости для воды;
- система управления снабжена датчиками измерения температуры воды, которые установлены в бассейне, в емкости для тепловой водоподготовки, в баке-аккумуляторе и в электрическом котле и электрически соединены со станцией управления;
- в бассейне установлен датчик измерения содержания растворенного кислорода в воде, который электрически соединен с компрессором системы насыщения циркуляционной воды кислородом;
- система слива циркуляционной воды подключена посредством запорной арматуры к патрубку слива воды из бассейна.
Заявленная установка для культивирования морских гидробионтов и ее ближайший аналог (прототип) имеют следующие общие существенные признаки:
- систему циркуляционной воды с последовательно соединенными между собой трубопроводами бассейном, узлом очистки циркуляционной воды и насосом;
- систему подогрева циркуляционной воды, включающую солнечный водонагреватель, змеевик которого установлен в баке-аккумуляторе;
- систему насыщения циркуляционной воды кислородом посредством компрессора через распылитель газа, помещенный в бассейн;
- систему забора воды из водоема;
- систему слива циркуляционной воды из бассейна;
- систему управления, включающую станцию управления.
Заявленная установка для культивирования морских гидробионтов отличается от своего наиболее близкого аналога (прототипа) следующими признаками:
- в системе циркуляционной воды бассейн дополнительно снабжен системой терморегулирования воды посредством низкотемпературного воздушно-компрессорного теплового насоса, который автономно подключен к бассейну на входе воды в бассейн и отдельному выходу воды из бассейна;
- сама установка снабжена внешним контуром циркуляции воды, включающим последовательно соединенные между собой трубопроводами емкость для тепловой водоподготовки с установленным в ней змеевиком теплообменника бака-аккумулятора, циркуляционный насос и насос подкачки воды во внешний контур циркуляционной воды;
- система забора воды из водоема подключена к насосу для подкачки воды во внешний контур циркуляции воды, который посредством редукционного клапана и трубопроводов подключен к системе циркуляционной воды непосредственно на входе в бассейн;
- в систему подогрева циркуляционной воды дополнительно включены, функционально связанные между собой, ветродизельная энергетическая установка, электрический аккумулятор и электрический котел, змеевик теплообменника которого установлен в баке-аккумуляторе.
Перечисленные признаки, отличающие заявленную установку для культивирования морских гидробионтов от ее наиболее близкого аналога (прототипа), в совокупности с признаками, общими для нее и для прототипа, обеспечивают достижение заявленного технического результата во всех случаях, на которые распространяется объем правовой охраны.
Признаки же, указанные ниже, характеризуют полезную модель лишь в конкретных формах реализации существенных признаков установки, но также существенным образом обеспечивают достижение технического результата:
- узел очистки циркуляционной воды выполнен в виде последовательно установленных по ходу движения воды фильтров механической, биологической и адсорбционной очистки;
- система забора воды из водоема выполнена в виде последовательно соединенных трубопроводами и арматурой водозабора, насоса и резервной емкости для воды;
- система управления снабжена датчиками измерения температуры воды, которые установлены в бассейне, в емкости для тепловой водоподготовки, в баке-аккумуляторе и электрическом котле и электрически соединены со станцией управления;
- в бассейне установлен датчик измерения содержания растворенного кислорода в воде, который электрически соединен с компрессором системы насыщения циркуляционной воды кислородом;
- система слива циркуляционной воды подключена посредством запорной арматуры к патрубку слива воды из бассейна.
Такая совокупность всех существенных признаков заявленной установки для культивирования морских гидробионтов позволила создать установку с двухконтурным обеспечением циркуляции воды, в которой к внешнему
контуру циркуляции воды параллельно друг другу могут быть подключены несколько бассейнов со своими автономными системами, работающих как одновременно, так и в любой очередности, но независимо друг от друга, реализуя, таким образом, модульный принцип установки.
Заявленная установка с двухконтурным обеспечением циркуляции воды позволяет поддерживать оптимальные экологические параметры процессов культивирования морских организмов за счет поддержания необходимого температурного режима, как во внешнем контуре циркуляции воды, так и в бассейне каждого модуля отдельно, в зависимости от культивируемого в нем вида морского организма.
Использование для каждого бассейна в системе циркуляционной воды отдельного низкотемпературного воздушно-компрессорного теплового насоса позволило производить точную регулировку температурного режима (подогрева, охлаждения) в каждом бассейне отдельно вне зависимости от температурного режима во внешнем контуре циркуляционного потока, что очень важно при эксплуатации установки в различные временные периоды года.
Введение в систему подогрева циркуляционной воды ветродизельной энергетической установки, электрического аккумулятора и электрического котла в дополнение к солнечному водонагревателю позволило повысить надежность работы установки и повысить ее автономность.
В целом, заявленная установка позволяет культивировать различные виды морских организмов одновременно во временном сезоне (поликультурное воспроизводство и выращивание) и эксплуатировать ее круглогодично в географических районах с разными климатическими условиями.
На чертеже схематично изображена установка для культивирования морских гидробионтов.
Установка для культивирования морских гидробионтов содержит систему 1 циркуляционной воды с последовательно соединенными между собой трубопроводами и запорной арматурой бассейном 2, узлом 3 очистки
циркуляционной воды, насосом 4 и редукционным клапаном 5. Узел 3 очистки циркуляционной воды выполнен в виде последовательно установленных по ходу движения воды механического фильтра 6, биологического фильтра 7 и адсорбционного фильтра 8. Бассейн 2 дополнительно снабжен системой 9 терморегулирования воды посредством низкотемпературного воздушно-компрессорного теплового насоса 10, который автономно подключен к бассейну 2 на входе воды в бассейн и отдельному выходу воды из бассейна. Бассейн 2 также снабжен автономной системой 11 насыщения циркуляционной воды кислородом посредством компрессора 12 через распылитель газа 13, размещенный непосредственно в бассейне 2, и системой 14 слива из бассейна циркуляционной воды, подключенной непосредственно к патрубку слива воды из бассейна.
Бассейн 2, вместе с обеспечивающими его работу системами 1, 9, 11 и 14 представляет собой автономный технологический модуль, т.е. конструктивно и технологически законченный обособленный контур циркуляционной воды с рабочей емкостью для культивирования определенного вида морского гидробионта.
Установка для культивирования морских гидробионтов снабжена также внешним контуром 15 циркуляции воды, включающим последовательно соединенные между собой трубопроводами и запорной арматурой емкость 16 тепловой водоподготовки с установленным в ней змеевиком 17 теплообменника 18 бака-аккумулятора 19, циркуляционный насос 20 и насос 21 подкачки воды во внешний контур 15 циркуляции воды.
Установка включает систему 22 забора морской воды из водоема, которая подключена к насосу 21 подкачки воды во внешний контур 15, а последний посредством редукционного клапана 5, трубопроводов и запорной арматуры подключен непосредственно к входу циркуляционной воды в бассейн 2. Сама система 22 забора морской воды из водоема включает последовательно соединенные трубопроводами и запорной арматурой водозабор 23, насос 24 и резервную емкость 25 для воды. Установка содержит также и систему общего
подогрева циркуляционной воды, включающую солнечный водонагреватель 26, змеевик 27 теплообменника которого размещен в баке-аккумуляторе 19, функционально связанные между собой ветродизельную энергетическую установку 28, электрический аккумулятор 29 и электрический котел (термоэлектрический генератор) 30, змеевик 31 теплообменника 32 которого установлен в баке-аккумуляторе 19.
Система управления установкой включает станцию управления 33, датчики 34 измерения температуры воды, которые установлены в бассейне 2, в емкости 16 для тепловой водоподготовки, в баке-аккумуляторе 19, в электрическом котле 30 и электрически соединены со станцией управления. Кроме того, станция управления 33 электрически соединена также с исполнительными механизмами ветродизельной энергетической установки 28, насоса 24 забора воды из водоема и трехходового разобщающего клапана 35, посредством которого осуществляется управление тепловым режимом воды как непосредственно в емкости 16, так и во всем внешнем контуре 15 установки. В бассейне 2 установлены также датчик 36 для измерения уровня воды в нем и датчик 37 для измерения содержания кислорода в воде.
Дополнительно на чертеже и в описании обозначены:
38 - запорные клапаны на трубопроводах систем, обеспечивающих работу установки;
39 - автоматические устройства для переключения электропитания от ветродизельной энергетической установки 28 на электрический аккумулятор 29 и обратно;
40 - нагревательные элементы (электротэны) электрического котла 30;
41 - трубопровод перепуска воды из системы 1 циркуляционной воды во внешний контур 15 и обратно.
Установка для культивирования морских гидробионтов работает следующим образом.
Для приведения установки в рабочее состояние все ее системы и бассейн заполняются морской водой. Для этого открываются запорные клапаны 38
системы 22 забора морской воды из водоема, а со станции управления 33 включается в работу насос 24. Морская вода через водозабор 23 закачивается насосом 24 в резервную емкость 25. Из последней морская вода насосом 21 перекачивается в емкость 16, где в дальнейшем осуществляется первичная тепловая водоподготовка циркуляционной воды. После заполнения водой емкостей 25 и 16 система 22 забора воды выключается, а запорные клапаны 38 этой системы закрываются.
После этого в емкости 16, в случае, если температура воды в ней ниже заданных температурных пределов для культивирования конкретного вида гидробионта, осуществляется подогрев морской воды до нужной температуры путем прокачки теплоносителя через установленный в емкости 16 змеевик 17 теплообменника 18 бака-аккумулятора 19.
Подогретую таким образом в емкости 16 воду насосом 20 закачивают во внешний контур 15 циркуляции воды, а из него в систему 1 циркуляционной воды, в бассейн 2 и систему 9 терморегулирования воды. Заполнение указанных систем и бассейна 2 подогретой водой осуществляют при открытых клапанах 38 этих систем и через редукционный клапан 5. Заполнив подогретой водой системы 15, 1, 9 и бассейн 2 все клапаны 38 систем закрывают. В таком состоянии установка практически готова к работе, т.е. культивированию морских гидробионтов.
При условии, что созданный в бассейне 2 температурный режим морской воды соответствует необходимому для культивирования определенного вида гидробионта, то в бассейн 2 помещают этот вид гидробионта и с этого момента начинается технологический процесс культивирования.
В случае необходимости поддержания заданных температурных параметров культивирования гидробионтов в бассейне 2, создания необходимой скорости циркуляции воды в бассейне 2 или очистки воды в бассейне 2 включается в работу система 1 циркуляционной воды. Для чего открываются клапаны 38 системы 1, включается насос 4 и вода из бассейна 2, пройдя узел 3 очистки циркуляционной воды, насосом 4 через редукционный
клапан 5 возвращается в бассейн 2. В узле 3 очистки циркуляционной воды осуществляется комплексная очистка воды, а именно, механическая, биологическая и адсорбционная. Описанный цикл повторяется до тех пор, пока в бассейне 2 будут установлены оптимальные параметры для культивирования гидробионтов и затем систему 1 циркуляционной воды выключают.
При необходимости более точной регулировки температурного режима воды в бассейне 2 (нагрев-охлаждение) включается в работу система 9 терморегулирования воды. В этом случае включается в работу низкотемпературный воздушно-компрессорный тепловой насос 10 и осуществляется подогрев или охлаждение воды в бассейне 2. Контроль за изменениями температуры в бассейне 2 осуществляют посредством датчика 34, установленного в бассейне 2, а за уровнем воды в бассейне - датчиком 36. Для уменьшения уровня воды в бассейне 2 используется система 14 слива воды из бассейна.
При понижении содержания кислорода в воде, находящейся в бассейне 2, ниже заданных пределов включается в работу система 11 и воздух компрессором 12 через распылитель газа 13 подается непосредственно в бассейн 2, где и происходит обогащение воды кислородом.
Для поддержания заданных температурных режимов во внешнем контуре 15 циркуляции воды и осуществления процессов тепловой водоподготовки в емкости 16 используется система общего подогрева циркуляционной воды. В зависимости от количества энергии, необходимой для нагрева воды в емкости 16 и во всем внешнем контуре 15, со станции управления 33 включаются в работу: или солнечный водонагреватель 26, змеевик 27 теплообменника которого установлен в баке-аккумуляторе 19, или ветродизельная энергетическая установка 28, включающая электрический аккумулятор 29 и электрический котел 30, змеевик 31 теплообменника 32 которого также установлен в баке-аккумуляторе 19, или вместе ветродизельная энергетическая установка 28 и солнечный водонагреватель 26. Вся вырабатываемая источниками энергия аккумулируется в виде тепловой энергии в воде
бака-аккумулятора 19. Нагрев же воды в емкости 16 тепловой водоподготовки осуществляется за счет циркуляции теплоносителя в теплообменнике бака-аккумулятора 19, змеевик 18 которого расположен в баке-аккумуляторе 19, а другой змеевик 17 расположен в емкости 16 тепловой водоподготовки. На одном из трубопроводов, соединяющим змеевики 17 и 18 теплообменника бака-аккумулятора 19, установлен трехходовой разобщающий клапан 35, с помощью которого осуществляется управление процессами тепловой водоподготовки в емкости 16 по данным со станции управления 33.
Если необходимо понизить температуру циркуляционной воды во внешнем контуре 15, то в емкость 16 тепловой водоподготовки перекачивают насосом 21 необходимое количество холодной воды из резервной емкости 25. Таким образом, смешивая холодную и перегретую воду в емкости 16, понижают температуру воды до необходимой. После чего насосом 20 воду из емкости 16 закачивают во внешний контур 15 циркуляции воды, а также, по необходимости, и в другие системы. Замещаемую воду из внешнего контура 15 циркуляции воды насосом 21 закачивают в емкость 16 тепловой водоподготовки для дальнейшего использования.
Ветродизельная энергетическая установка 28 и электрический аккумулятор 29 обеспечивают в установке также электропитание всех механизмов и средств, имеющих электроприводы.
Информация, принятая во внимание:
1. Патент Российской Федерации №1755409, МПК А01К 1/00, 1989.
2. Свидетельство Российской Федерации №21998, МПК 7 А01К 61/100, 2001, (прототип).