устройство для повышения температуры воды в рыбоводных емкостях и водоемах

Формула изобретения

1. Устройство для повышения температуры воды в рыбоводных емкостях и водоемах, содержащее теплонакопитель, использующий солнечное тепло, имеющий наружную, светопропускающую поверхность, теплопоглощающую поверхность и средство передачи тепла в толщу воды, отличающееся тем, что теплонакопитель выполнен в виде камеры, заполненной теплоаккумулирующим материалом, наружная поверхность которой выполнена из селективного стекла, теплопоглощающая поверхность выполнена в виде коллектора, покрытого черной матовой краской и погруженного в теплоаккумулирующий материал, а средством для передачи тепла в толщу воды являются тепловые трубы, одним концом встроенные в нижнюю часть корпуса камеры.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве теплоаккумулирующего материала используют кристаллогидрат азотнокислого никеля.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружную поверхность камеры устанавливают с наклоном под углом 36° к горизонту.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коллектор выполнен в виде металлического каркаса, в который вмонтированы полые тонкостенные металлические трубки.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что тепловые трубы встроены в нижнюю часть боковых стенок корпуса камеры радиально под углом 90°.

6. Устройство по п.1 или 5, отличающееся тем, что тепловые трубы имеют разную длину и встроены в нижнюю часть боковых стенок корпуса на разном уровне по высоте.

7. Устройство по п.1 или 5, отличающееся тем, что на свободный конец тепловых труб насажены радиаторы в виде металлических пластин.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус камеры выполнен из теплоустойчивого материала с теплоизоляцией.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области рыбоводства и предназначено для увеличения вегетационного периода выращивания рыбы и других объектов пресноводной аквакультуры, в частности, в 1-2 зонах рыбоводства.

Известно устройство для подогрева воды в рыбоводных водоемах, в котором источником получения тепла являются горелки с форсунками, использующие газообразное топливо, установленные на двух противоположных берегах пруда, а средством передачи тепла в воду - воздухоподающие трубы, подведенные одним концом к горелкам и уложенные по дну водоема. На воздухоподающие трубы насажены с зазором конусные патрубки, имеющие многочисленные водопропускные отверстия, а на концах каждой из водоподающих труб вертикально вставлены газоотводящие трубы. При помощи инжекторов теплый воздух от горелок нагнетается в воздухоподающие трубы, температура воды внутри зазора между трубой и патрубком нагревается и через водопропускные отверстия происходит циркуляция придонных слоев воды (см. Акцептованная заявка Японии №50-39034, кл. А 01 К 63/00, 1975 г.).

Устройство может работать независимо от времени суток и климатических зон. Однако для нагрева до оптимальной для выращивания рыбы температуры большого количества воды потребуется большой расход топлива, что делает данное устройство нерентабельным и практически неприменимым в 1 и 2 зонах рыбоводства. Равномерный прогрев всей толщи воды в водоеме с помощью данного устройства также трудно осуществим, т.к. воздухоподающие трубы расположены у дна и в основном прогревают придонные слои воды. Кроме того, патрубки, насаженные на воздухоподающие трубы, и водопропускные отверстия, через которые происходит циркуляция воды, со временем обрастают известковыми и другими отложениями, что требует дополнительных энергетических затрат при эксплуатации устройства.

Известен ряд устройств для повышения температуры в рыбоводных водоемах, использующих солнечное тепло.

Известно устройство для повышения температуры воды в рыбоводных водоемах, которое в качестве источника тепла содержит камеру для нагрева воздуха за счет поглощенного солнечного тепла, установленную на поверхности воды, имеющую верхнюю прозрачную, пропускающую солнечные лучи наружную поверхность и противоположную внутреннюю поверхность, выполненную из поглощающего солнечное тепло материала, а средством передачи тепла в толщу воды является теплообменник, установленный на берегу пруда. Теплообменник соединен с камерой для нагрева трубопроводом для отвода горячего воздуха и содержит систему трубопроводов для подачи воды из пруда и возврата воды из теплообменника в пруд. Воздух, нагретый в камере, с помощью насоса подается в теплообменник, через который циркулирует подаваемая насосом вода из пруда выращивания. Вода, контактируя с прогретым воздухом, нагревается до необходимой температуры и по трубопроводу возвращается обратно в пруд (см. акцептованная заявка Японии №41214-81, кл. А 01 К 63/06, 1981 г.).

Однако использование данного устройства требует больших затрат энергии, т.к. для равномерного прогрева всей толщи воды необходимы циркуляционные насосы, а также вентиляторы для подачи теплого воздуха в теплообменник, которые должны работать постоянно. Внутри труб, по которым циркулирует вода, образуются известковые и другие отложения. В связи с этим необходимы дополнительные затраты на эксплуатацию устройства. Такое устройство применимо только для теплых зон рыбоводства с относительно небольшой разностью температуры наружного воздуха и воды в пруду.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для повышения температуры воды в рыбоводных водоемах, которое содержит теплонакопитель, использующий солнечное тепло, в виде бассейна, заполненного двумя жидкостями разной плотности, имеющего светопропускаюшую наружную поверхность, и дно, выполненное в виде теплопоглощающей поверхности, а средством передачи тепла в толщу воды является теплообменник в виде уложенного внутри пруда змеевика, концы которого подсоединены к стороне бассейна в зоне жидкости с большим удельным весом (см. акцептованная заявка Японии №41215-81, кл. А 01 К 63/06, 1981 г.).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится следующее.

Данное устройство мало эффективно для подогрева воды в рыбоводных водоемах в северных районах, таких как 1 и 2 зоны рыбоводства, и может быть применимо только для теплых зон с относительно небольшой разностью температуры наружного воздуха и воды в пруду. Это связано с тем, что данное устройство может работать только в теплое время суток, а также с низким коэффициентом полезного действия устройства, как в процессе получения тепла, так и при передаче его в воду. При получении тепла в теплонакопителе солнечные лучи частично отражаются от наружной поверхности, а, проходя через два слоя жидкости, их тепловая энергия рассеивается и таким образом большая часть энергии не доходит до теплопоглощающей поверхности. В процессе циркуляции по трубам нагретая жидкость постепенно охлаждается, отдавая тепло в воду, вследствие чего происходит неравномерное распределение тепла в толще воды.

Кроме того, использование данного устройства требует больших затрат энергии, т.к. для осуществления подачи жидкостей в теплонакопитель и циркуляции жидкости с большим удельным весом по трубам, уложенным по дну водоема, необходимы насосы, которые должны работать постоянно.

Настоящее изобретение направлено на повышение эффективности подогрева воды в рыбоводных водоемах за счет увеличения коэффициента полезного действия устройства и более равномерного распространения тепла в толще воды, а также на снижение энергозатрат.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в устройстве для повышения температуры воды в рыбоводных емкостях и водоемах, содержащем теплонакопитель, использующий солнечное тепло, имеющий наружную, светопропускающую поверхность, теплопоглощающую поверхность и средство передачи тепла в толщу воды, особенность заключается в том, что теплонакопитель выполнен в виде камеры, заполненной теплоаккумулирующим материалом, наружная поверхность которой выполнена из селективного стекла, пропускающего и удерживающего солнечную энергию, теплопоглощающая поверхность выполнена в виде коллектора, покрытого черной матовой краской и погруженного в теплоаккумулирующий материал, а средством для передачи тепла в толщу воды являются тепловые трубы, одним концом встроенные в нижнюю часть камеры.

В качестве теплоаккумулирующего материала предпочтительно использовать кристаллогидрат азотнокислого никеля.

Наружную поверхность камеры целесообразно установить с наклоном под углом 36° к горизонту.

Коллектор целесообразно выполнить в виде металлического каркаса, в который вмонтированы полые тонкостенные металлические трубки.

Тепловые трубы предпочтительно встроить в нижнюю часть боковых стенок камеры радиально под углом 90°.

При этом тепловые трубы имеют разную длину и встроены в нижнюю часть боковых стенок корпуса на разном уровне по высоте.

На свободный конец тепловых труб могут быть насажены радиаторы в виде металлических пластин.

Корпус камеры предпочтительно выполнить из теплоустойчивого материала с теплоизоляцией.

Конструктивные особенности выполнения источника получения тепла и средства передачи тепла в толщу воды в заявленном устройстве позволяет значительно повысить эффективность подогрева воды в рыбоводных водоемах при низких энергозатратах.

Выполнение наружной поверхности камеры из селективного стекла, например, покрытого пленкой из двуокиси олова, основано на свойствах стекол, имеющих покрытие из окислов металлов, запирать и удерживать солнечную энергию. Установка наружной поверхности камеры с наклоном 36° к горизонту целесообразно с точки зрения максимального поглощения солнечных лучей в климатических условиях в 1 и 2 зонах рыбоводства.

Теплопоглощающая поверхность, выполненная в виде коллектора, представляющего собой каркас, в который вмонтированы полые тонкостенные металлические трубки, покрытые черной матовой краской, улавливает до 90% лучистой энергии, что позволяет повысить температуру в камере на 100°С и выше. Полученное тепло поглощает теплоаккумулирующий материал, в качестве которого может быть использован кристаллогидрат азотнокислого никеля, который при этом разогревается и плавится. Этот вид аккумулирования основан на использовании скрытой теплоты фазового перехода "плавление - кристаллизация". В результате этого тепловые трубы, одним концом встроенные в нижнюю часть корпуса в месте нахождения теплоаккумулирующего материала, могут переносить тепло от теплонакопителя к участкам, где происходит прогрев воды, без потерь. Избыток тепла, накопленный теплоаккумулирующим материалом, используется для прогрева водоема в ночное время.

Использование в качестве средства для передачи тепла в толщу воды теповых труб основано на том, что тепловая труба представляет собой вытянутый в длину герметичный, как правило, тонкостенный металлический сосуд, внутренние стенки которого выложены капиллярно-пористым материалом, пропитанным рабочей жидкостью. При подключении одного конца тепловой трубы к источнику тепла с температурой Т₁, a противоположный - к приемнику тепла с температурой T₂, которая ниже T₁ , тепловая труба передает значительное количество тепла, которое во много раз больше, чем тепло, передаваемое сплошным стержнем, изготовленным из самых теплопроводных материалов и имеющим те же габариты и такую же разность температур между концами, что и тепловая труба.

Выполнение корпуса из теплоустойчивого материала с теплоизоляцией предотвращает потери тепла.

Таким образом, совокупность отличительных признаков описываемого устройства обеспечивает достижение указанного технического результата.

Конструктивные особенности устройства обеспечивают равномерное распределение тепла в толщу воды при одновременном снижении энергозатрат. Устройство имеет высокий коэффициент полезного действия, не нуждается в дополнительных насосных устройствах и воздухоподводящих трубах, т.к. циркуляция воды в пруду проходит естественным путем.

Данное устройство может работать круглосуточно, начиная с ранней весны до поздней осени в любой рыбоводной зоне.

Использование устройства для подогрева воды в рыбоводных водоемах обеспечивает увеличение вегетационного периода теплолюбивых видов рыб, в частности растительноядных, при их выращивании в любых зонах рыбоводства.

В результате проведенного анализа уровня техники не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение прототипа из выявленных аналогов позволил выявить совокупность существенных по отношению к техническому результату отличительных признаков.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

При дополнительном поиске других технических решений, относящихся к устройствам для подогрева воды в рыбоводных водоемах, указанных отличительных признаков не обнаружено, а заявляемая новая совокупность признаков не вытекает явным образом из существующего уровня техники и обеспечивает достижение нового технического результата. Таким образом, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На чертежах представлено: на фиг.1 изображена схема устройства, продольный разрез; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.3 - общий вид устройства в аксонометрии.

Устройство для повышения температуры воды в рыбоводных прудах состоит из камеры 1, заполненной теплоаккумулирующим материалом 2. Наружная поверхность камеры 1 выполнена из селективного стекла 3, установленного под углом 36° к горизонту. Теплопоглощающая поверхность выполнена в виде коллектора 4, покрытого черной матовой краской и погруженного в теплоаккумулирующий материал 2. Средством для передачи тепла в толщу воды являются тепловые трубы 5, одним концом встроенные в нижнюю часть корпуса 6 камеры 1.

Коллектор 4 выполнен в виде каркаса 7, в который вмонтированы полые тонкостенные металлические трубки 8.

Тепловые трубы 5 встроены в нижнюю часть боковых стенок корпуса 6 камеры 1 радиально под углом 90°.

При этом тепловые трубы 5 имеют разную длину и прикреплены к корпусу 6 на разном уровне по высоте.

На свободный конец тепловых труб 5 насажены радиаторы 9 в виде металлических пластин.

Корпус 6 камеры 1 выполнен из теплоустойчивого материала с теплоизоляцией 10. Камера снабжена поплавком 11 и якорем 12.

Устройство для повышения температуры воды в рыбоводных водоемах работает следующим образом.

Устройство устанавливают на акватории водоема. Поплавок 11 удерживает ее на плаву, а якорь 12 не дает ей перемещаться. Селективное стекло 3 запирает солнечную энергию, коллектор 4 максимально поглощает энергию и передает данную энергию теплоаккумулирующему материалу 2, образующееся тепло без потерь переносится тепловыми трубами 5 к холодным слоям воды. Равномерное распределение тепла в толще воды происходит благодаря естественной циркуляции водных масс за счет подъема более теплых слоев воды и притоку более холодных. Равномерному распределению в толще воды по периметру водоема по глубине способствует также то, что тепловые трубы 5 встроены в корпус 6 радиально под углом 90°, на разной высоте, а также их разная длина. Наличие радиаторов 9 в виде металлических пластин, насаженных на свободные концы тепловых труб 5, способствует большей отдаче тепла в водные массы.

Устройство может быть применено при выращивании растительноядных рыб с целью достижения наиболее оптимальных температур воды для их роста.

Такое устройство может работать независимо от времени суток, не требует топлива и дополнительных трудозатрат на его обслуживание и может быть использовано при подращивании и выращивании теплолюбивых видов рыб, раннем культивировании живых кормов и других объектов аквакультуры. Устройство позволяет увеличить вегетационный период выращивания теплолюбивых видов рыб, в частности растительноядных, в 1-2 зонах рыбоводства, а также получения более раннего потомства от производителей в индустриальных условиях.

Изложенные выше сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:

- устройство для повышения температуры воды в рыбоводных емкостях и водоемах по заявленному изобретению предназначено для увеличения вегетационного периода выращивания рыбы и других объектов пресноводной аквакультуры, в частности, в 1-2 зонах рыбоводства;

- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов;

- устройство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".