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 температурного режима водного циркуляционного технологического потока на основе использования нетрадиционных источников энергии.
Известна установка для выращивания рыб (Свидетельство на полезную модель РФ №21998, МПК 7 А01К 61/00, 2001).
Установка содержит систему циркуляционной воды с последовательно соединенными между собой трубопроводами с бассейном, узел очистки циркуляционной воды и насос, 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.
Основными недостатками известной установки являются отсутствие принудительной терморегуляции циркуляционной воды в широком диапазоне и невозможность поддержания в бассейне оптимальных экологических параметров процессов культивирования морских организмов вне зависимости от сезонов года.
Известна также установка для культивирования морских гидробионтов (Патент на полезную модель РФ №74758, МПК А01К 61/00 2008, прототип).
Установка содержит систему циркуляционной воды с последовательно соединенными между собой трубопроводами бассейном, узел очистки циркуляционной воды и насос, 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 (нагрев, охлаждение) воды с помощью низкотемпературного воздушно-компрессорного теплового насоса, который автономно подключен к бассейну на входе воды в бассейн и к 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 нем змеевиком теплообменника бака-аккумулятора, циркуляционным насосом и насосом подкачки воды во внешний контур циркуляционной воды. Система забора воды из водоема подключена к насосу для подкачки воды во внешний контур циркуляционной 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.
Основным недостатком известной установки для культивирования морских гидробионтов является многоступенчатое терморегулирование технологического потока воды во внешнем контуре циркуляционной воды, что исключает возможность автоматической коррекции нагрева (охлаждения) воды в отдельно взятом бассейне (линии бассейнов), так как вода нагревается в емкости водоподготовки, связанной трубопроводами с резервной емкостью морской воды и подается по трубопроводу через редукционный клапан в бассейн (линии бассейнов) с одинаковой температурой для каждого бассейна, а для охлаждения воды в отдельно взятом бассейне используется низкотемпературный воздушно-компрессорный тепловой насос, встроенный во внутренний циркуляционный контур каждого бассейна, что увеличивает электрозатраты при эксплуатации установки.
В основу полезной модели поставлена задача разработать модульную установку для культивирования морских гидробионтов с системой, обеспечивающей автоматическую коррекцию оптимальных режимов и экологических параметров водного технологического потока вне зависимости от климатической зоны расположения объекта (завода) и сезонов года с нетрадиционными источниками энергии, обеспечивающими автономное энергообеспечение не только технологического потока используемой морской воды, но и производственного объекта в целом (помещение цеха).
Поставленная задача решается тем, что в установке для культивирования морских гидробионтов, содержащей внутренний контур циркуляционной воды с последовательно соединенными между собой трубопроводами и арматурой бассейном, насосом и узлом очистки циркуляционной воды, систему насыщения циркуляционной воды кислородом посредством генератора кислорода через распылитель, помещенный в бассейн, систему слива циркуляционной воды из бассейна, которая посредством трубопроводов и запорной арматуры подключена к патрубку слива воды в водоем, последовательно соединенные трубопроводами и арматурой емкость тепловой водоподготовки циркуляционной воды и насос, которые посредством трубопроводов и арматуры подключены к внутреннему контуру циркуляционной воды непосредственно на входе в бассейн, систему терморегулирования циркуляционной воды, систему забора воды из водоема, выполненную в виде последовательно соединенных трубопроводами и арматурой водозабора и насоса, систему термостатирования циркуляционной воды, с последовательно соединенными между собой трубопроводами и арматурой, с образованием контура, солнечную нагревательную установку, циркуляционный насос и смесительный термоклапан, систему контроля и управления, содержащую станцию управления и систему отопления цеха, в котором размещена установка, содержащую соединенные трубопроводами и арматурой нагревательные элементы, смесительный термоклапан и циркуляционный насос во внутренний контур циркуляционной воды параллельно узлу очистки циркуляционной воды дополнительно включена адсорбционная колонна, а в систему слива циркуляционной воды из бассейна включен биофильтр, система терморегулирования циркуляционной воды подключена непосредственно к емкости тепловой водоподготовки с образованием замкнутого контура и содержит последовательно соединенные трубопроводами по ходу циркуляционной воды редукционный клапан, циркуляционный насос, рекуператор и смесительный термоклапан, система забора воды из водоема дополнительно снабжена устройством для обеззараживания воды и подключена посредством трубопроводов и арматуры к системе терморегулирования циркуляционной воды на выходе ее из емкости тепловой водоподготовки и к внутреннему контуру циркуляционной воды на входе в бассейн, в систему термостатирования циркуляционной воды дополнительно включены устройства для аккумулирования тепла и холода, выполненные в виде соответствующих групп вертикальных буровых скважин, соединенных между собой посредством трубопроводов и арматуры, двухконтурный сорбционный тепловой насос, смесительный термоклапан и циркуляционный насос, причем устройство для аккумулирования тепла посредством трубопроводов и арматуры включено в контур солнечной нагревательной установки, при этом последний посредством трубопроводов, арматуры, смесительного термоклапана и циркуляционного насоса подключен с образованием контура к рекуператору системы терморегулирования циркуляционной воды, а также посредством трубопроводов и арматуры подключено с образованием контура к системе отопления и к первому контуру сорбционного теплового насоса, устройство для аккумулирования холода посредством трубопроводов, арматуры, смесительного термоклапана и циркуляционного насоса подключено с образованием контура к рекуператору системы терморегулирования циркуляционной воды, второй контур сорбционного теплового насоса посредством трубопроводов, арматуры, смесительного термоклапана и циркуляционного насоса подключен с образованием контура к рекуператору системы терморегулирования циркуляционной воды, а также посредством трубопроводов и арматуры подключен с образованием контура к системе отопления, в систему контроля и управления дополнительно включена гелио-фотоэлектрическая установка с электроаккумулятором.
Кроме того, в установке для культивирования морских гидробионтов:
- в системе слива циркуляционной воды из бассейна биофильтр установлен непосредственно перед патрубком слива воды в водоем;
- на выходе циркуляционной воды из бассейна установлен расходомер воды;
- на выходе циркуляционной воды из емкости тепловой водоподготовки установлен расходомер воды, а сама емкость тепловой водоподготовки снабжена системой слива циркуляционной воды, которая подключена непосредственно к биофильтру системы слива циркуляционной воды из бассейна;
- узел очистки циркуляционной воды выполнен в виде последовательно установленных по ходу движения воды фильтров механической и ультрафильтрационной очистки.
Такая совокупность всех признаков заявленной установки для культивирования морских гидробионтов позволила создать установку, в которой к емкости тепловой водоподготовки циркуляционной воды и к системе забортной воды из водоема параллельно друг другу могут быть подключены несколько бассейнов со своими автономными системами и с возможностью работы как одновременно, так и в любой очередности, но независимо друг от друга, реализуя, таким образом, модульный принцип установки.
Снабжение установки для культивирования морских гидробионтов дополнительной адсорбционной колонной во внутреннем контуре циркуляционной воды, параллельно узлу очистки циркуляционной воды и включение биофильтра в систему слива циркуляционной воды из бассейна обеспечивает поддержание оптимальных экологических параметров водного технологического потока для биотехнологий культивирования различных видов морских организмов в бассейне и исключает загрязнение окружающей среды.
Снабжение установки системой терморегулирования с образованием замкнутого контура, подключенной непосредственно к емкости тепловой водоподготовки позволяет обеспечивать терморегуляцию воды в отдельно взятом бассейне (нах) для различных значений параметров температуры по сезонам года.
Снабжение установки дополнительным устройством для обеззараживания воды в системе забора воды из водоема обеспечивает постоянную циркуляционную замену технологического потока воды в системе.
Снабжение установки системой термостатирования циркуляционной воды с устройствами для аккумулирования тепла и холода в виде вертикальных буровых скважин, связанных трубопроводами с узлом теплообеспечения объекта (помещения цеха), предусматривающими резервирование как тепла, так и холода, позволяет регулировать температурный режим водного потока в установке вне зависимости от сезона года круглогодично в автономном режиме в географических районах страны с разными климатическими условиями.
Снабжение установки экологически чистыми автономными энергосистемами, а именно солнечной нагревательной установкой и включение в систему контроля и управления гелио-фотоэлектрической установки с электроаккумулятором позволяет обеспечивать теплом и электроэнергией исполнительные механизмы, приборы контроля и управления в автономном режиме, позволяет экономить эксплуатационные энергозатраты и исключить загрязнение внешней среды.
Таким образом, все отличительные признаки заявленного устройства для культивирования морских гидробионтов обеспечивают достижение технического результата, т.е. находятся с техническим результатом в причинно-следственной связи, решают поставленную задачу.
На чертеже схематично изображена установка для культивирования морских гидробионтов.
Установка для культивирования морских гидробионтов содержит внутренний контур 1 циркуляционной воды с последовательно соединенными между собой трубопроводами и запорной арматурой бассейном 2, узлом 3 очистки циркуляционной воды, циркуляционным насосом 4, расходомером 5 воды, а параллельно узлу 3 очистки циркуляционной воды включена во внутренний контур 1 адсорбционная колонна 6. Бассейн 2 снабжен системой насыщения циркуляционной воды кислородом посредством генератора 7 кислорода через распылитель 8, помещенный в бассейн 2, а также системой 9 слива циркуляционной воды из бассейна 2, которая посредством трубопроводов и запорной арматуры подключена к патрубку 10 слива воды в водоем, причем в систему слива перед патрубком 10 установлен биофильтр 11. Из внутреннего контура 1 слив циркуляционной воды осуществляется непосредственно из бассейна 2 через расходомер 5 и из адсорбционной колонны 6.
Бассейн 2 вместе с обеспечивающими его работу системами представляет собой автономный технологический модуль, т.е. конструктивно и технологически законченный обособленный контур циркуляционной воды с рабочей емкостью для культивирования определенного вида морских гидробионтов.
Установка включает также емкость 12 тепловой водоподготовки циркуляционной воды, которая с последовательно соединенными между собой трубопроводами и запорной арматурой расходомером 13, циркуляционным насосом 14, трехходовым разобщающим клапаном 15, смесительным термоклапаном 16 и редукционным клапаном 17 подключена к внутреннему контуру 1 циркуляционной воды непосредственно на входе в бассейн 2. Емкость 12 тепловой водоподготовки снабжена системой слива циркуляционной воды через расходомер 13, которая подключена непосредственно к биофильтру 11 системы слива циркуляционной воды из бассейна 2.
Установка содержит и систему терморегулирования циркуляционной воды, которая подключена непосредственно к емкости 12 тепловой водоподготовки с образованием замкнутого контура и включает последовательно соединенные трубопроводами по ходу циркуляционной воды редукционный клапан 18, циркуляционный насос 19, рекуператор 20 и смесительный термоклапан 21.
Система забора воды из водоема для обеспечения работы установки выполнена в виде последовательно соединенных по ходу забора воды трубопроводами и запорной арматурой водозабора 22, редукционного клапана 23, обратного клапана 24, циркуляционного насоса 25, устройства 26 для обеззараживания воды и трехходового разобщительного клапана 27. Система забора воды подключена посредством трубопроводов к системе терморегулирования циркуляционной воды на выходе ее из емкости 12 тепловой водоподготовки и к внутреннему контуру 1 циркуляционной воды на входе в бассейн 2 через смесительный термоклапан 16.
Система термостатирования циркуляционной воды содержит последовательно соединенные между собой трубопроводами и запорной арматурой с образованием контура солнечную нагревательную установку 28, циркуляционный насос 29, смесительный термоклапан 30 и устройство 31 для аккумулирования тепла, выполненное в виде группы вертикальных буровых скважин. Система термостатирования циркуляционной воды содержит также устройство 32 для аккумулирования холода в виде группы вертикальных буровых скважин, двухконтурный сорбционный тепловой насос 33, работающий или в режиме выработки тепла или в режиме выработки холода, трехходовой разобщительный клапан 34, смесительный термоклапан 35, циркуляционный насос 36 и трехходовой разобщительный клапан 37, соединенные трубопроводами и запорной арматурой. В установке предусмотрена возможность отопления помещения (цеха), в котором размещена сама установка. Система отопления цеха содержит соединенные трубопроводами и запорной арматурой нагревательные элементы 38, смесительный термоклапан 39, циркуляционный насос 40 и подключена к системе термостатирования циркуляционной воды. В системе термостатирования циркуляционной воды и в системе отопления в качестве рабочего агента используется незамерзающая жидкость.
Система контроля и управления установкой включает станцию управления 41, гелио-фотоэлектрическую установку 42 с электроаккумулятором, датчики 43 для измерения температуры воды, которые установлены в бассейне 2, в емкости 12 и нагревательном элементе 38 системы отопления. Кроме того, станция управления 41 электрически соединена также с исполнительными механизмами всех циркуляционных насосов, всех смесительных термоклапанов, всех трехходовых разобщительных клапанов и всей запорной арматуры (клапанов). В бассейне 2 установлены датчик 44 для измерения содержания кислорода в воде, датчик 45 для измерения мутности воды и датчик 46 для измерения содержания аммиака в воде, которые также электрически соединены со станцией управления 41.
Дополнительно на чертеже и в описании обозначены:
47 - трехходовой разобщительный клапан внутреннего контура 1 циркуляционной воды, электрически соединенный со станцией управления 41;
48 - запорные клапаны (арматура) на трубопроводах систем, обеспечивающих работу установки, электрически соединенные со станцией управления 41.
Установка для культивирования морских гидробионтов работает следующим образом.
Управление всеми технологическими процессами в установке осуществляется со станции управления 41 автоматически.
Для приведения установки в рабочее состояние все ее системы и бассейн заполняются морской водой, а ее система термостатирования циркуляционной воды и система отопления заполняются рабочим агентом, в качестве которого используется незамерзающая жидкость.
Для заполнения систем установки морской водой открывается запорный клапан 48 системы забора морской воды из водоема и включается в работу насос 25. Морская вода через водозабор 22 закачивается насосом 25 через устройство 26 для обеззараживания воды и трехходовой разобщительный клапан 27 сначала во внутренний контур 1 и бассейн 2 через смесительный термоклапан 16 и редукционный клапан 17, а затем в систему терморегулирования циркуляционной воды и в емкость 12. После заполнения указанных систем морской водой система забора воды выключается, а запорный клапан 48 этой системы закрывается.
При условии, что 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 создания в бассейне 2 необходимой скоростной циркуляции воды или очистки воды включается в работу внутренний контур 1 циркуляционной воды. Для чего открывается трехходовой разобщительный клапан 47, включается насос 4 и вода из бассейна 2, пройдя через узел 3 очистки воды или сорбционную колонну 6 возвращается в бассейн 2. В узле 3 очистки циркуляционной воды осуществляется комплексная очистка воды, а именно, механическая и ультрафильтрационная, а в адсорбционной колонне 6 - адсорбционная. Состояние циркуляционной воды и установление оптимальных параметров для культивирования гидробионтов осуществляется по показаниям датчика 45 для измерения мутности и датчика 46 для измерения содержания аммиака в воде.
При понижении содержания кислорода в воде, находящейся в бассейне 2 ниже заданных пределов включается в работу генератор 7 кислорода и воздух через распылитель 8 подается непосредственно в бассейн 2, где и происходит обогащение воды кислородом.
При необходимости подогрева (охлаждения) морской воды во внутреннем контуре 1 и в бассейне 2 включается система терморегулирования циркуляционной воды, в контур которой включена емкость 12. Насосом 19 осуществляется циркуляция морской воды по контуру.
Подогрев (охлаждение) циркуляционной воды в системе терморегулирования осуществляется в рекуператоре 20 от рабочего агента системы термостатирования циркуляционной воды.
Подогретую (охлажденную) таким образом в емкости 12 воду насосом 14 закачивают во внутренний контур 1 циркуляционной воды через трехходовой разобщительный клапан 15, смесительный термоклапан 16 и редукционный клапан 17. Излишки воды из бассейна 2 выпускаются через расходомер 5 в систему 9 слива циркуляционной воды и после очистки в биофильтре 11 сливаются в водоем.
Контроль за температурным и другими технологическими режимами циркуляционной воды в бассейне 2 осуществляется посредством датчика 43 для измерения температуры воды, датчика 44 для измерения содержания кислорода в воде, датчика 45 для измерения мутности воды и датчика 46 для измерения содержания аммиака в воде.
Если технологические параметры морской воды в водоеме позволяют осуществлять нагрев (охлаждение) циркуляционной воды в бассейне 2 непосредственно, то включается насос 25 и из водоема морская вода через устройство 26 для обеззараживания воды, трехходовой разобщительный клапан 27, смесительный термоклапан 16 и редукционный клапан 17 закачивается в бассейн 2 с осуществлением соответствующего постоянного контроля за качеством воды. В иных случаях для поддержания заданных температурных режимов во внутреннем контуре 1 циркуляционной воды посредством системы терморегулирования циркуляционной воды используется система термостатирования циркуляционной воды.
Так, для повышения температуры воды во внутреннем контуре 1 циркуляционной воды посредством системы терморегулирования циркуляционной воды, то, в первую очередь, включается в работу контур солнечной нагревательной установки 28 системы термостатирования циркуляционной воды.
В этом случае насосом 29 из контура солнечной нагревательной установки 28 рабочий агент с высокой температурой через смесительный термоклапан 30, трехходовой разобщительный клапан 34, смесительный термоклапан 35 и далее насосом 36 подается в рекуператор 20, где и осуществляется непосредственный нагрев воды в системе терморегулирования циркуляционной воды. Отдав тепло рабочий агент из рекуператора 20 через трехходовой разобщительный клапан 37 возвращается в контур солнечной нагревательной установки 28, где вновь нагревается и цикл повторяется.
Одновременно с включением в работу контура солнечной нагревательной установки 28 включается в работу и контур терморегулирования циркуляционной воды. Из емкости 12 тепловой водоподготовки через редукционный клапан 18 насосом 19 циркуляционная вода подается в рекуператор 20, где нагревается и далее через смесительный термоклапан21 вновь поступает в емкость 12 и цикл повторяется. Контроль за температурой воды в емкости 12 осуществляется датчиком 43 для измерения температуры. При достижении в емкости 12 циркуляционной водой заданной температуры включается в работу насос 14 и через трехходовой редукционный клапан 15, смесительный термоклапан 16 и редукционный клапан 17 циркуляционная вода поступает в бассейн 2. Температура циркуляционной воды в бассейне 2 контролируется датчиком 43 и при достижении водой заданной температуры одновременно выключаются контур солнечной нагревательной установки 28 и контур терморегулирования циркуляционной воды.
Контур солнечной нагревательной установки 28 может быть использован для отопления цеха (помещения), в котором размещена установка для культивирования морских гидробионтов. Для этого включают насос 29 и горячий рабочий агент через смесительный термоклапан 30, трехходовой разобщительный клапан 34, смесительный термоклапан 39 подается в систему отопления. Циркуляция горячего рабочего агента в системе отопления осуществляется насосом 40 и после прохождения нагревательных элементов 38, отдав им тепло, рабочий агент обратно подается в устройство 32 для аккумулирования холода или во второй контур сорбционного теплового насоса 33, если последний работает в качестве источника производства тепла.
Для охлаждения циркуляционной воды в системе терморегулирования, а затем во внутреннем контуре 1 и бассейне 2 охлажденный рабочий агент из устройства 32 для аккумулирования холода через трехходовой разобщительный клапан 34, смесительный термоклапан 35 насосом 36 подается в рекуператор 20, в котором и осуществляется охлаждение циркуляционной воды в контуре терморегулирования. Из рекуператора 20 нагретый рабочий агент через трехходовой разобщительный клапан 37 поступает вновь в устройство 32 для аккумулирования холода, охлаждается и цикл повторяется. Процесс охлаждения циркуляционной воды в контуре терморегулирования, а затем во внутреннем контуре 1 и бассейне 2 осуществляется аналогично тому, как и процесс нагревания.
В системе термостатирования циркуляционной воды для нагрева (охлаждения) циркуляционной воды в системе терморегулирования циркуляционной воды и отопления цеха (помещения) предусмотрена также система, включающая сорбционный тепловой насос 33 и устройство 32 для аккумулирования холода.
Для нагрева (охлаждения) циркуляционной воды в контуре терморегулирования циркуляционной воды с емкостью 12, а затем во внутреннем контуре 1 с бассейном 2 используется сорбционный тепловой насос 33. Нагретый (охлажденный) рабочий агент из второго контура этого насоса подается через трехходовой разобщительный клапан 34, смесительный термоклапан 35 насосом 36 в рекуператор 20 системы терморегулирования циркуляционной воды с емкостью 12. Нагрев (остудив) циркуляционную воду в рекуператоре 20 отдавший тепло (холод) рабочий агент возвращается через трехходовой разобщительный клапан 37 во второй контур сорбционного теплового насоса 33, где вновь нагревается (охлаждается) и цикл повторяется до достижения в системе терморегулирования циркуляционной воды, а затем во внутреннем контуре 1 с бассейном 2 заданной температуры.
От сорбционного теплового насоса 33 осуществляется, когда он работает в качестве источника тепла, отопление цеха (помещения), в котором размещена установка для культивирования морских гидробионтов. В этом случае горячий рабочий агент через трехходовой разобщительный клапан 34, смесительный термоклапан 39 насосом 40 подается в систему отопления. Отдав тепло в нагревательном элементе 38, рабочий агент возвращается во второй контур сорбционного теплового насоса 33, где вновь нагревается и цикл повторяется. В случае необходимости предусмотрен возврат рабочего агента из системы отопления непосредственно в устройство 32 для аккумулирования холода.
Со станции управления 41 осуществляется контроль и управление работой исполнительных механизмов, систем и подсистем водоподготовки, а также отопления помещений в автоматическом режиме. Все энергоснабжение осуществляется с помощью гелио-фотоэлектрической установки 42 с электроаккумулятором (на чертеже не показан).
Использование в заявленной установке модулей экологически чистых энергосистем с нетрадиционной энергетикой для терморегулирования (подогрев, охлаждение) режима водного технологического потока и теплового обеспечения объекта (помещение цеха) и корректировка параметров водного циркуляционного потока с помощью модулей фильтрационной, сорбционной очистки и биофильтра позволяет эксплуатировать установку для культивирования морских организмов в автономном режиме круглогодично в различных климатических зонах России.