Устройство для отбора теплоты от поверхностного водотока

Авторы патента:

Харченко Валерий Владимирович (RU)

Сычев Арсений Олегович (RU)

F28D1/02 - с теплопередающими каналами, погруженными в массу жидкости или газа

F25B30/06 - отличающиеся источником низкопотенциального тепла

Владельцы патента RU 2572495:

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) (RU)

Изобретение относится к области теплоэнергетики, предназначено для отбора теплоты от поверхностного водотока и может применяться в составе теплонасосных установок для обеспечения их низкопотенциальной теплотой. Устройство содержит раму и присоединенные к ней изогнутую трубу с каналом для теплоносителя и грузы-якоря, труба скомпонована в трубную решетку с несколькими, по меньшей мере двумя, вертикальными рядами и несколькими, по меньшей мере двумя, горизонтальными рядами параллельных прямых участков, а рама снабжена поплавками, по меньшей мере одним, обеспечивающими раме с трубной решеткой плавучесть в воде, и соединена с грузами-якорями с помощью тросов. Технический результат - уменьшение температурных потерь в процессе передачи теплоты от водотока к теплоносителю, улучшение массогабаритных характеристик устройства, сокращение занимаемой площади, уменьшение объема теплоносителя в контуре. 3 ил.

Известно устройство для отбора теплоты от водоема или водотока, содержащее плоское квадратное основание, снабженное четырьмя ножками, к которому сверху прикреплена уложенная кольцами труба, образуя вертикальный цилиндр (патент CN 102368026 A, 2012 г.). Устройство устанавливается в водоеме или водотоке и через трубу посредством циркуляционного насоса прокачивается нагреваемый теплоноситель.

Основным недостатком известного устройства является недостаточная интенсивность теплообмена между водной средой и трубой в условиях водотока, так как образуемый трубой цилиндр омывается потоком воды только снаружи и, таким образом, не обеспечивается всестороннее обтекание труб. К недостаточной интенсивности теплообмена ведет также невозможность постоянного нахождения устройства в области наибольшей скорости течения, так как в случае открытого водотока эта область находится вблизи поверхности, а устройство должно располагаться на достаточном расстоянии от поверхности, чтобы избежать возможного оголения труб при падении уровня воды (Г.В. Железняков. Теория гидрометрии. - Л.: Гидрометеоиздат, 1976).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом) является устройство для отбора теплоты от водоема или водотока, содержащее прямоугольную раму, к которой прикреплены уложенная витками полиэтиленовая труба и грузы (Technical Information Sheet - Pond Mats [Электронный ресурс], URL: http://www.kensaengineering.com/Library/Technical%20Data/TIS_Pond_Mats-v2.pdf). Устройство погружается на дно водоема или водотока и через трубу посредством циркуляционного насоса прокачивается нагреваемый теплоноситель.

Основным недостатком прототипа является низкая интенсивность теплообмена между водной средой и трубой, что влечет за собой повышенную материалоемкость из-за необходимости использования трубы большой длины и изготовления для нее рамы большого размера или использования нескольких устройств, а также значительный объем теплоносителя, необходимого для заполнения трубы, необходимость наличия достаточного по размеру, доступного для размещения конструкции участка водоема или водотока, повышенные затраты энергии на прокачку теплоносителя вследствие значительной длины трубы, увеличенное расхождение между температурой теплоносителя на выходе из трубы и средней температурой водоема или водотока, что особенно проявляется при наличии на дне слоя илистых отложений, ограничивающих конвективный теплообмен и увеличивающих градиент температуры между трубой, погруженной в эти отложения, и основной массой воды в верхней части водоема. Последний показатель имеет большое значение в случае использования данной схемы для снабжения теплонасосной установки низкопотенциальной теплотой. Максимальное приближение температуры теплоносителя к температуре источника низкопотенциальной теплоты позволяет добиться наивысших показателей производительности и эффективности теплового насоса.

Задачей предлагаемого изобретения является улучшение теплообменных и массогабаритных параметров устройства для отбора теплоты от водотока, увеличение общей эффективности отбора теплоты.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение температурных потерь в процессе передачи теплоты от водотока к теплоносителю, улучшение массогабаритных характеристик устройства, сокращение занимаемой устройством площади, уменьшение объема теплоносителя в контуре.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве для отбора теплоты от поверхностного водотока, содержащем раму и присоединенные к ней изогнутую трубу с каналом для теплоносителя и грузы-якоря, труба скомпонована в трубную решетку с несколькими, по меньшей мере двумя, вертикальными рядами и несколькими, по меньшей мере двумя, горизонтальными рядами параллельных прямых участков, а рама снабжена поплавками, по меньшей мере одним, обеспечивающими раме с трубной решеткой плавучесть в воде, и соединена с грузами-якорями с помощью тросов.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1-3.

На Фиг. 1 представлена общая схема устройства.

На Фиг. 2 показана схема расположения устройства в русле водотока.

На Фиг. 3 показана схема расположения устройства в русле водотока, покрытого слоем льда.

Устройство для отбора теплоты от поверхностного водотока содержит раму 1, к которой прикреплена трубная решетка 2 и поплавки 3. Рама соединяется с грузами-якорями 4 с помощью тросов 5. Описанная конструкция предполагает, что грузы-якоря могут быть соединены тросами с основной частью устройства таким образом, чтобы расстояние от грузов до рамы возможно было оперативно изменять. Так, с помощью тросов 5, свободно проходящих через проушины 6 на грузах 4, установленных на дне русла и выведенных концами на берег, возможно изменение глубины погружения и угла наклона устройства.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Устройство устанавливается в водотоке в области наибольшей скорости течения, грузы-якоря 4 устанавливаются на дне, остальная часть конструкции поддерживается наплаву за счет подъемной силы поплавков 3 и удерживается тросами 5 на некотором расстоянии от дна. Нагреваемый теплоноситель, имеющий температуру ниже температуры воды в водотоке, прокачивается через внутренние каналы трубной решетки 2 и выходит из нее с температурой, близкой к температуре водотока. Теплоноситель подводится к устройству и отводится по подводящим трубам (шлангам) 7, которые должны обладать достаточной гибкостью, чтобы не ограничивать подвижность устройства.

Улучшение параметров теплообмена достигается за счет использования естественного движения воды в направлении течения для интенсификации теплообмена. Известно, что скорость течения воды в открытом русле принимает наибольшие значения вблизи поверхности, а в случае наличия ледяного покрова зона наибольшей скорости течения смещается вглубь, ближе к середине потока (Г.В. Железняков. Теория гидрометрии. - Л.: Гидрометеоиздат, 1976). Указанные факты используется в данном изобретении для решения поставленной задачи, так как устройство, плавучесть которого обеспечивается поплавками 3, можно расположить и удерживать с помощью тросов 5 в зоне наибольшей скорости течения водотока. Улучшение теплообменных характеристик также происходит за счет того, что при такой конструкции и расположении устройства в русле обеспечивается поперечное обтекание потоком воды прямых участков трубной решетки 2, что интенсифицирует процесс теплопередачи.

При использовании устройства в условиях замерзающего водотока на период наличия ледяного покрова целесообразно подтягивать раму 1 с трубной решеткой 2 ближе ко дну, а в остальное время удерживать у поверхности водотока, таким образом, трубная решетка 2 будет находиться в зонах наибольшей скорости течения и устройство не окажется вмерзшим в лед. При этом даже существенное уменьшение уровня воды в русле не приведет к осушению трубной решетки 2, так как устройство начнет опускаться вслед за уровнем воды.

Для достижения наилучших теплообменных характеристик целесообразно изготавливать трубную решетку 2 из металлических труб, так как в этом случае тепловое сопротивление стенки трубы оказывает минимальное влияние на процесс теплопередачи, но возможно также использование полимерных или металлополимерных труб. На предпочтительность того или иного материала влияют, в частности, такие параметры, как коррозионная активность воды и теплоносителя, а также интенсивность теплоотдачи на границах жидкость-стенка, что связано, в том числе, со скоростью течения в месте установки.

Предлагаемое устройство может также использоваться для сброса избыточной теплоты в водоток, например, отводить теплоту от теплового насоса, переключенного в режим охлаждения объекта.

Список литературы

1. Патент на изобретение CN 102368026 A.

2. Г.В. Железняков. Теория гидрометрии. - Л.: Гидрометеоиздат, 1976. - 330 с., ил.

3. Technical Information Sheet - Pond Mats [Электронный ресурс]. URL: http://www.kensaengineering.com/Library/Technical%20Data/TIS_Pond_Mats-v2.pdf

Устройство для отбора теплоты от поверхностного водотока, содержащее раму и присоединенные к ней изогнутую трубу с каналом для теплоносителя и грузы-якоря, отличающееся тем, что труба скомпонована в трубную решетку с несколькими, по меньшей мере двумя, вертикальными рядами и несколькими, по меньшей мере двумя, горизонтальными рядами параллельных прямых участков, а рама снабжена поплавками, по меньшей мере одним, обеспечивающими раме с трубной решеткой плавучесть в воде, и соединена с грузами-якорями с помощью тросов.

Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано для нагрева, охлаждения жидкостей и газов. В теплообменном аппарате воздушного охлаждения, содержащем корпус, в котором размещены теплообменные трубы, объединенные коллекторами в секции, расположенные параллельно друг другу вдоль корпуса, часть теплообменных труб секции верхними концами соединена с раздающими коллекторами, а другая часть с собирающими коллекторами, причем секции установлены так, что коллектора смежных секций развернуты относительно друг друга на 180°, кроме того, аппарат снабжен каскадом распределительных коллекторов, расположенных над корпусом аппарата в два яруса и соединенных подводящими и отводящими трубами с соответствующими коллекторами секций, объединяя при этом секции в группы.

Способ изготовления аппарата воздушного охлаждения // 2544679

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано при изготовлении теплообменных аппаратов, в частности при изготовлении аппаратов воздушного охлаждения газа.

Жидкостно-масляный теплообменник для двигателей внутреннего сгорания транспортных средств // 2513065

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в теплообменниках, в которых теплопередача производится через неподвижные и вращающиеся стенки аналогично типу труба в трубе или встроенные в блок двигателя.

Бесшумная теплотрубная система охлаждения // 2489665

Устройство для замораживания, транспортировки и размораживания текучих сред // 2415362

Теплообменник // 2411390

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в теплообменных аппаратах для охлаждения выхлопных газов. .

Тракт охлаждения теплонапряженных конструкций // 2391616

Тракт охлаждения теплонапряженных конструкций // 2391615

Способ, аппарат, система и теплообменник для повышения температуры вещества, которое первоначально находилось в контейнере в, по меньшей мере, частично затвердевшем состоянии // 2362955

Изобретение относится к способу повышения температуры вещества, находящегося в контейнере в частично затвердевшем состоянии, причем в контейнере установлен, по меньшей мере, один теплообменник.

Теплообменник и способ его применения // 2361167

Изобретение относится к теплообменнику. .

Способ утилизации низкопотенциального тепла сточных вод // 2480683

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к установкам отопления и горячего водоснабжения небольших производственных помещений, индивидуальных жилых домов, отдельных сооружений при использовании низкопотенциальных природных источников тепла, хозбытовых стоков и других тепловых отходов.

Комбинированная нагревательная установка для использования вторичного низкопотенциального тепла производства карбамида // 1782303

Способ преобразования низкопотенциальной тепловой энергии // 2606847

Изобретение относится к комбинированным системам для нагрева и охлаждения, а именно к компрессионным машинам и системам, в которых рабочим телом является воздух. Способ преобразования низкопотенциальной тепловой энергии в высокопотенциальную включает генератор пневматической энергии, необходимой для осуществления замкнутого воздушного термодинамического цикла, и источник низкопотенциального тепла. Способ отличается тем, что генератор пневматической энергии приводят в действие механической энергией источника низкопотенциального тепла, выполняют генератор в виде гидроагрегата, преобразовывающего кинетическую энергию потока воды в потенциальную энергию гидравлического удара, с последующим совершением механической работы по возвратно-поступательному перемещению подвижных частей стенок водовода гидроагрегата и сжатию воздуха в камерах сжатия, установленных над подвижными в радиальном направлении стенками водовода гидроагрегата. Заявленное техническое решение позволяет преобразовывать практически даровую гидравлическую энергию многочисленных в мире низконапорных природных и техногенных водотоков в энергию сжатого воздуха с последующим преобразованием ее в замкнутом термодинамическом цикле в высокопотенциальную тепловую энергию, механическую работу расширения сжатого воздуха в детандере и энергию для производства холода. 1 ил.

Устройство для рекуперации отработанного тепла с комбинированной выработкой тепла и электроэнергии (снр) при пиковой электрической нагрузке и способ его работы // 2645652

Изобретение относится к устройству рекуперации отводимого отработанного тепла с комбинированной выработкой тепла и электроэнергии (СНР) при пиковой электрической нагрузке и к способу его работы. Устройство содержит внутреннюю секцию энергетической установки и теплообменную секцию, причем указанная внутренняя секция содержит теплообменник, электрический тепловой насос для рекуперации отработанного тепла, электрический тепловой насос для аккумуляции энергии, высокотемпературный /низкотемпературный баки для хранения воды, нагреватель тепловых контуров, клапаны и циркуляционные водяные насосы. Теплообменная секция содержит высокотемпературный и низкотемпературный баки для хранения воды, электрический тепловой насос, теплообменник, клапаны и циркуляционный водяной насос. Устройство может работать соответственно в периоды провала электрической нагрузки, неизменной электрической нагрузки и пиковой электрической нагрузки путем комбинации различных клапанных переключателей, причем высокотемпературный бак для хранения воды используют для балансировки разницы между количеством подводимого тепла в систему и тепловой нагрузкой, а низкотемпературный бак используют для стабилизации количества извлекаемого рекуперированного отведенного тепла, тем самым, решая проблему ограничения способности выработки электроэнергии при пиковой нагрузке из-за зависимости выработки электроэнергии и теплоснабжения в традиционном режиме работы «тепло обуславливает электричество», причем СНР устройство может участвовать в регулировании мощности энергосистемы, которое может быть улучшено таким образом, чтобы иметь дело с условием постоянно растущей разности между максимумом и минимумом электрической нагрузки, причем поглощающая способность энергосистемы для ветроэнергетики может быть улучшена, с тем чтобы снизить явление «приостановки вентилятора». 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Плавучий дом // 2646684

Изобретение относится к области судостроения и касается плавучих средств, используемых преимущественно для продолжительного отдыха, проживания, а также для перевозки и работы людей на различных акваториях в течение длительного времени, в том числе в холодные периоды года. Предложен плавучий дом с коммуникациями системы жизнеобеспечения, имеющий водоизмещающую часть с закрепленной на ней палубой (3) с установленной на ней надводной частью с отапливаемым помещением (5), с автономным источником энергоснабжения, включающим тепловой насос, испарительная часть (7) теплового насоса выполнена из материалов с хорошей теплопроводностью в виде трубопроводов и закреплена на водоизмещающей части корпуса, непрерывно по всей длине и ширине омывается водной средой, соединена с компрессором (9), соединенным с системой отопления, связанной через дроссельные клапаны с испарительной частью. Технический результат, достигаемый в результате использования изобретения, заключается в повышении эффективности работы системы автономного энергоснабжения помещений плавучего дома. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Тракт охлаждения теплонапряженных конструкций // 2581309

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к теплообменным аппаратам, и может быть использовано при создании охлаждаемых конструкций с большими удельными тепловыми потоками. Тракт охлаждения теплонапряженных конструкций содержит внутреннюю профилированную оболочку, на внешней поверхности которой выполнены ребра тракта охлаждения, наружную профилированную оболочку, установленную на внутреннюю и скрепленную с ней по вершинам ребер тракта охлаждения, причем упомянутые оболочки и ребра образуют каналы охлаждения. Между ребрами тракта охлаждения выполнены полые перемычки, соединяющие вершины ребер между собой, при этом между перемычками и ребрами выполнены кольцевые радиальные канавки, причем ширина канавки не превышает ширины канала тракта охлаждения в месте выполнения упомянутых канавок. В варианте исполнения перемычки соединяют вершины всех ребер между собой с образованием единой кольцевой поверхности. Технический результат - упрощение изготовления, улучшение перемешивания охладителя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Активное управление подводными охладителями // 2636073

Изобретение относится к системе охлаждения. Система подводного охлаждения потока в скважине посредством морской воды содержит вход (А) и выход (В), а также по меньшей мере первый охладитель и второй охладитель . Причем первый охладитель и второй охладитель соединены друг с другом последовательно. При этом система охлаждения дополнительно содержит по меньшей мере третий охладитель, соединенный параллельно с первым охладителем и вторым охладителем. Система охлаждения дополнительно содержит по меньшей мере один регулятор потока для направления потока по меньшей мере через один охладитель. При этом по меньшей мере один из охладителей содержит перепускной контур и/или контур рециркуляции. Причем охладители содержат средства контроля температуры и датчики, позволяющие оператору контролировать систему охлаждения и охладители и осуществлять перепуск всего потока или части потока через перепускной контур. Техническим результатом является повышение эффективности охлаждения потока и обеспечение поддержания температуры охлажденного потока в заданном диапазоне значения. 11 з.п. ф-лы, 6 ил.