Устройство для отбора теплоты от поверхностного водотока

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.

 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, предназначено для отбора теплоты от поверхностного водотока и может применяться в составе теплонасосных установок для обеспечения их низкопотенциальной теплотой.

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.



 

Похожие патенты:

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.

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

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.

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

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к теплообменным аппаратам, и может быть использовано при создании охлаждаемых конструкций с большими удельными тепловыми потоками.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к теплообменным аппаратам, и может быть использовано при создании охлаждаемых конструкций с большими удельными тепловыми потоками.

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

Изобретение относится к теплообменнику. .

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.

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.
Наверх