CZ123894A3 - Způsob promíchávání kapalného obsahu nádrží a/nebo přesunu kapaliny z vrstvy do vrstvy - Google Patents

Abstract

Promýchávání a/nebo přesun kapaliny v nádrži z jedné vrstvy do druhé se provádí ochlazováním této kapaliny v prostoru vymezeném rourou (l) pomocí tepelného výměníku (3) tepelního čerpadla (2). Teplo, které je odebíráno z kapaliny výměníkem (3) je převáděno pomocí přenosového média izolovaným potrubím (8) na místo jeho hospodářského využití nebo do tepelně vodivého potrubí, kterým je teplo znovu předáváno do kapaliny v prostoru druhé roury (1’) pro další promýchávání kapaliny jejím ohříváním.

Description

Způsob promíchávání kapalného obsahu nádrží a/nebo rřesunu kapaliny 2 vrstvy do vrstvy

Oblast techniky

Vynález se tyká způsobu přesouvání vrchních vrstev libovolné kapaliny v nádrži do spodních vrstev /případně naopak/ za účelem promíchávání kapalného obsahu nádrže nebo za '-čelem přesunu plynných nebo pevných látek rozpuštěných v kaoalině a zařízením oro čeho croveiení.

Dosavadní stav techniky

K promíchávání kapalného obsahu nádrží se používá v zásadě třech způsobů :

1. mechanické promíchávání,kdy se kapalnému obsahu nádrže udílí mechanická energie a to buď tak,že pohybující se nédr předává kinetickou energii kapalnému obsahu nebo do nádrže je zavedeno míchadlo,které svým pohybem -rotačním nebo přímočarým - uvádí kapalinu do pohybu. Míchadlo je poháněno nejčastěji elektrickým motorem. Tohoto způsobu je možno také použít pro přesun kapaliny z vrstev nasycených plynem do vrstev, kde tento plyn chybí- například vynález ?3T/ ?181/00024 takto řeší přesun kyslíkatých vod epilimnia do bezkysΊíkatých vod hypolimnia.

n * ~ΉΘU.tu.31 * 0 ·’ * Γ ^0712Π S7SM1 « Κ’ίΥ S 6 71 0 S Γ OOΌX vhání pod tlakem plyn , jehož bubliny při kapalinu promíchávají a. plyn se zároveň v kapalině rozpouští. Tohoto stavu.se také využívá k přesunu kapaliny

ρ.ιη ντ'7'*’ύν z jedné vrstvy do druhé , nebot směs kapaliny a plynových bublin je. lehčí než kapalina sama a proto se ve vyděleném prostoru nádrže /v rouře/ pohybuje od spodních vrstev k horním, kteroužto myšlenku obsahují např. vynálezy ΊΡ 0414648A7, PF 0411637A1, PF 0366317, PP 012760C a j.,

3. tepelné' promíchávání způsobené tím , že do kapaliny se ve spodní části nádrže přivádí přes přestupné plochy teplo, kapalina se ohřívá ,stoupá a předává získané teplo a na její místo proudí chladnější kapalina.

Popsané způsoby používají k promíchávání nebo k přesunu kapalin z vrstvy do vrstvy značné množství energie a to více či méně efektivně. Velká část dodané energie přijde nazmar, například tak, že větší část komprimovaného plynu prochází kapalinou nevyužita.

Podstata vvnálezu

Výše uvedený nedostatek nízké energetické účinnosti odstraňuje postup a zařízení k jeho provádění podle vynálezu, jehož důležitou součástí je široko profilová roura, která je svisle umístěná v kapalině, fíateriál roury mé nízkou tepelnou vodivost, například určitá plastická hmota. Tím je v kapalině vydělen určitý objem, který je tepelně izolovaný od ostatní kapaliny. Roura má horní konec nad hladinou a vstupní otvory rod hladinou. Spodní konec roury je ve zvolené hloubce.

Podle vynálezu kapalina v rouře je ochlazována,tím se postupně zvyšuje její specifická hmotnost a následkem toho se zvyšuje hmotnost, vyděleného objemu kapaliny v rouře ve srovnání se stejným objemem vně roury. To způsobuje, že kapalina z roury dole

-3stále vytéká a zároveň nahoře vtéká vstupními otvory další teplejší voda z horní vrstvy včetně plynů, které jsou v ní rozruštěns a které se takto dopraví až do spodních vrstev kapaliny, aniž by došlo cestou k jejich ztrátě.

Podle vynálezu se pro ochlazení' kapaliny v rouře podle výhodného uspořádání použije tepelné Serpailo, jehož tepelný výměník,který má podélný tvar je umístěn v rouře pod vstupními otvory. Teplo odebrané kapalině v rouře je tepelným čerpadlem převedeno do transportního média,které je přenese do objektu,kde se s výhodou ekonomicky zužitkuje, čímž se zásadním způsobem zlepší celková energetická účinnost zařízení. Jedno tepelné čerpadlo může podle výhodného uspořádání obsluhovat několik rour s několika výměníky,čímž se zvyšuje plošný dosah účinku zařízení.

Postup a zařízení k jeho provádění podle vynálezu má výhody, kter< vyplivají především z faktu ,2e se kapalina ochlazuje. Proto se kapalina zcela nenásilně pohybuje z jedné vrstvy do druhé, bez nutnosti dodat mechanickou, energii. Protože rozpust nost plynů v kapalinách obecně stoupá se snižující seuteplotou,je uspořádáním podle vynálezu zcela zajištěno bezeztrátové převedení veškerého rozpuštěného plynu z horní vrstvy kapaliny do spodní.

Postup a zařízení podle vynálezu využívá s výhodou tepelné energie, která již byla do kapaliny vložena, a to bud přirozeně, např. energie ze slunce v případě vodních nádrží,jak bude dále popsáno v odstavci Příklady uskutečnění vynálezu, nebo uměle,např. v případě vyhřívaných zásobníků kapaliny ,jak bude rousáno tamtéž.

-4Výhodou u povrchových.vodních nádrží,zvláště pak u nádrží',kde je vo da upravována pro pitné účely je to že ochlazování povrchové vrstvy a její přenášení do spodních vrstev posune v letním období termoklinu— skočnou vrstvu- do vyšších poloh, blíže k hladině,,postupně se poněkud sníží i teplota v povrchové vrstvě a tím se poněkud omezí rozvoj vodních organismů. Energetická účinnost zařízení jako celku je velmi vysoká díky využití tepelného čerpadla k promíchávání kapaliny nebo jeýího přesunu z vrstvy do vrstvy_rnebot jak známo na 1 kWh elektrické energie ,která pohaní' motor kompresoru tepelného čerpadla se odebere kapalině 9 — 14 MJ tepelné energie v dobře použitelném stavu.

Přehled obrázků na výkresu

Vynález bude objasněn na příkladech provedení podle přiloženého výkresu, kde na obr. 1 ýe znázorněna funkce vynálezu na vodní nádrži v létě po jarní cirkulaci vodní masy, na obr. 2 jeho funkce tamtéž v žimě po podzimní cirkulaci, obrázky 3 a 4 ukazují další případ využití vynálezu pro intenzivnější promíchávání a přesun vody ve vodních nádržích, a obr.5 ilustruje další příklad využití vynálezu v průmyslu při promíchávání kapalin v průmyslových zásobnících větších rozměrů.

Příklady provedení vynálezu ··..·- Provedení vynálezu se ilustruje na příkladu vodní nádrže, v níž se během letní a zimní stagnace ustavuje stratifikace vody podle teploty a měrné hmotnosti. Jak vyplývá z obr. 1 , který ukazuje stav při letní stagnaci, po uvedení tepelného čerpadla 2 do chodu začne tepelný výměník 2. odnímat teplo vodě v rouře 1 , kterážto roura je výhodně podle, vynálezu

-z materiálu o nízké tepelné vodivosti/např. některé plastické hmoty/. V důsledku ochlazování voda v rouře zvyšuje svoji měrnou hmotnost,proto klesá a vytéká z roury 1 dolním otvorem 1. Zároveň do roury j_ vstupuje otvory £ teplejší voda z povrchové vrst vyf\^0 nasycené rozpuštěnými plyny, především kyslíkem. Tato teplejší voda se postupně ochlazuje,a klesá i s rozpuštěnými plyny k výtokovému otvoru % a vytéká do vrstvy 1 1 . Vodou přinesený rozpuštěný kyslík se spotřebuje v chemických reakcích. Rozšíření prokysličené vody v horizontálním směru napomáhá ďeflektor 2· Odebrané teplo je v čerpadle 2. předáno přenosovému médiu a tepelně izolovaným potrubím 8 převedeno do objektu využití 14 / vytápění ,teplá užitková voda,skleníky pro celoroční pěstování zeleniny ap./..

Obr. 2 ukazuje situaci při poklesu, teploty povrchové vrstvy vody pod 4 stupně 0 , což nastane po podzimní cirkulací. Tepelný výměník nadále odnímá teplo vodě v rouře 1_.. Teplota této vody klesá ,tedy je nižší než 4 stupně 0. Proto je postupně měrná hmotnost vody vrouře J. nižší než vně roury . Vdůsledku toho voda v rouře stoupá a vytéká otvory 4 do povrchové vrstvy,/ 0. Zároveň do roury vstupuje otvorem j? teplejší voda z vrstvy 1 1 . ochlazuje se a stoupá vzhůru.a vytéká otvory 4 do povrchové prokysličené vody 10 ,s níž se míchá a od níž přijímá, rozpuštěný kyslík. 'Tento -'činek podle vynálezu platný pro období zimní stagnace bude platit i pro období jarní a podzimní cirkulace, kdy se ve vodní nádrži vyrovná na krátkou dobu teplota vody v celém vodním sloupci na hodnotu 1 °1.

Na obrázku 3 je ukázán další případ využití tepla získaného tepelným čerpadlem 2. z vody v rouře _1_ . K plovoucímu zařízení 6, je v dostatečné vzdálenosti od roury χ připevněna širokoprofilové roura í/ste.jných materiálových vlastností jako má roura 1 .Teplo získané z vody v rouře X pomocí tepelného výměníku X -jak popsáno výše - je v přenosovém médiu převedeno isolovaným potrubím 8 do neisolovaného potrubí 1 3 v rouře 3> teplo předáváno vodě. Voda se ohřívá, snižuje svou měrnou hmotnost,stoupá vzhůru a vytéká otvory 4,'do povrchové vrstvy 10 , kde se okysličuje kyslíkem rozpuštěným v této vrstvě vody. Zároveň do roury 3 vstupuje otvorem další chladná voda ze spodní vrstvy 1 1 . ohřívá se předaným teplem a stoupá k horním otvorům . Ochlazené přenosové médium se vrací do tepelného čerpadla χ , kde se znovu ohřívá.

Popsaný jev se zařízení podle vynálezu odehrává v období letní stagnace masy vody. Na obr. 4 je znázorněn stav při využití vynálezu v zimním období. Směr proudění vody v rouře X bude opačný, to je zezdola nahoru,a v rouře X'bude stejný , to je také zdola nahoru.

Jak je patrné z předchozího popisu případů využití zařízení podle vynálezu,je toto využití celoroční.

Obr. 5 ilustruje další příklsi provedení vynálezu v průmyslu k promíchávání průmyslových kapalin ve velkých nádržích : kapalina je v rouře χ ochlazována pomocí tepelného výměníku.X a proto proudí dolů a vytéká otvorem X ke lnu nádrže. Tam se ohřívá, nebot přebírá teplo z ne izoIováného potrubí X3, ve kterém proudí teplé přenosové médium. Teplo přenášené médiem bylo odejmuto kapalině v rouře X.

-τPrůmyslova využitelnost

Vynález bule mít uplatnění v oblasti ekologie vodního hospodářství ří zlepšování senzorických i chemických vlastností vody především v nádržích,, odkud se odebírá voda ke úpravě pro pitné účely. Další velká oblast využití vynálezu j’e v průmyslu, kde je možné tímto způsobem promíchávat nenásilně velké objemy kapalin v nádržích, např- skladovací nádrže na benzíny v průmyslu rafinace ropy. a to vždy se sluš nvm energetickým ziskem v podobě odebraného tepla, které je dobře využitelné možné je dodávat pro např vytápění budov, pro další intenzifikaci míchání nebo je jiné účely v rámci průmyslového podniku příprava teplé užitkové vody a p .

f>v nu- η

Claims (6)

1. PATENTOVÉ M Á R O Ε Y to· o<

   1. Způsob promíchávání libovolné kapaliny v nádrži a její přesun z horních vrstev do spodních vrstev a/nebo naopak a zařízení k jeho provádění v y z n a δ u j í cí se t í m , že k přesunu kapaliny dochází ve vyděleném objemu kapaliny,který je od ostatní kapaliny v nádrži oddělen materiálem s nízkou tepelnou vodivostí např. širokoprofilovou rourou /1/ z určité plastické hmoty,která má na horním konci· ©tvory /4/ β ·η&

   spodním konci otvor./5/ ►
2. 2.. Přesun kapaliny v rouře /1 / podle nároku 1_r tím, že je způsobován stálým ochlazováním kapaliny v rouře /1/.
3. 3. Ochlazování kapaliny v rouře /1/ podle nároku 2, vyznačující se tím , že teplo je kapalině v rouře /1/ stále odnímáno pomocí tepelného výměníku /3/,který je součástí tepelného čerpadla /2/ umístěného na plovoucím zařízení /6/, ke kterému je rovněž připevněna svislá roura /1/ tak, že. otvory /4/ e otťor /5/ jsou. v požadovaných hloubkách pod hladinou kapaliny ^frT / .
4. 4. Tepelný výměník /3/ podle nároku 3,v y z n a č u j í c í se tím , že má podélný tvar a je umístěn v Podélné ose roury/1/ a zasahuje do takovéhloubky,že jeho výkon co se týče množství tepla odebrané v vyděleného objemu kapaliny v r.bhře /1 / za jednotku času za daných podmínek je'.'.maximální.

   t í m _r že teplo odebrané z. kapaliny v rouře /1/ tepelným
5. 5.. Postup podle nároků i-4 vyznačující se

   -Q7 čerpadlem /2/ je odveleno tepelně izolovaným potrubím /8/ na potřebné místo /12/ a tam je ekonomicky a ekologicky využito.
6. 6. Ekonomické a ekologické využití' odebraného tepla podle nároků 4-5 vyznačující ae tím,že že je použito k dalšímu promíchávání a přesunu kapaliny v nádrži tak, že teplo odebrané kapalině v rouře /1/ je izolovaným potrubím /8/ přivedeno do potrubí /13/,které je ponořeno do kapaliny v rouře /1 ' / a které je z materiálu s vysokou tepelnou vodivostí,takže přivedené teplo je snadno předáváno kapalině v rouře /1 ' / ,