НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1997 года по МПК F24J3/00 

Изобретение относится к нагревательным устройствам гидродинамического кавитационного типа и может быть использовано в качестве источника тепла для автономных систем отопления индивидуальных домов, теплиц, а также автономно расположенных жилых и промышленных зданий, испытывающих трудности в использовании традиционных источников тепла, в частности из-за повышенных требований к показателям экологической чистоты.

Известны гидродинамические кавитационные нагревательные устройства, содержащие кавитационный теплогенератор, включенный в контур циркуляции с сетевыми насосами, соединенный с подающим и обратным трубопроводом потребителя тепла через запорные вентили. В качестве теплогенератора использован цикло с инжекционным патрубком и тормозным устройством (Патент РФ N 2045715).

Недостатком известного устройства является невозможность разделения потоков, подаваемых на входную линию к сетевому насосу и потребителю тепла соответственно, что в свою очередь приводит к тому, что невозможно получить требуемые гидродинамические характеристики линий циркуляции теплоносителя.

Наиболее близким к изобретению является известное нагревательное устройство, содержащее напорную и обратную линии, соединенные между собой с одной стороны через насос, а с другой переточным трубопроводом с регулирующей арматурой и подключенные со стороны последнего к прямой и обратной магистралям потребителя тепла с образованием внешнего циркуляционного контура, причем напорная линия снабжена гидродинамическим нагревательным средством (Авторское свидетельство СССР N 1663345).

Известное устройство не обеспечивает достаточно широкий диапазон регулирования параметров вырабатываемого теплоносителя как по теплу, так и по давлению, а также не предусматривает дублирования контура и надежную работу его в заданных режимах.

Для решения указанных технических задач регулирующая арматура выполнена в виде по крайней мере двух последовательно включенных в переточной трубопровод регулирующих вентилей, напорная линия в виде по крайней мере двух параллельных ветвей, а гидродинамическое нагревательное средство выполнено в виде по крайней мере двух теплогенераторов кавитационного типа, каждый из которых установлен на одной из упомянутых ветвей, причем одна из последних подключена к переточному трубопроводу между ее вентилями с образованием внутреннего циркуляционного контура. Теплогенераторы могут быть выполнены с разъемными корпусами, снабженными каждый сменными кавитационными гильзами с подвижно установленным регулируемым кавитатором. Контуры могут быть снабжены дополнительными кавитационными теплогенераторами, включенными последовательно основным, причем теплогенераторы могут быть выполнены в виде трубы Вентури, и/или вентильного типа, и/или в виде подвижных конических кавитаторов с прорезными канавками.

На фиг. 1 представлена схема нагревательного устройства; на фиг. 2 узел А на фиг. 1 (теплогенератор на базе трубы Вентури); на фиг. 3 узел Б на фиг. 1 (теплогенератор вентильного типа).

Нагревательное устройство содержит обратную линию 1 и напорную линию, образованную параллельными ветвями 2 и 3, соединенными с обратной линией 1 с одной стороны через насос 4, а с другой с переточным трубопроводом 5, снабженным последовательно включенными регулирующими вентилями 6 и 7 с образованием внешнего, включающего ветвь 2, и внутреннего, включающего ветвь 3, циркуляционных контуров. Ветвь 3 подключена к трубопроводу 5 между вентилями 6 и 7. На ветвях 2 и 3 установлены теплогенераторы 8 гидродинамического кавитационного типа, выполненные в виде трубы Вентури с разъемным корпусом 9, съемными кавитационными гильзами 10 и подвижно установленным регулируемым кавитатором 11. Контуры могут быть снабжены дополнительными кавитационными теплогенераторами, например, вентильными 12 или в виде подвижных конических кавитаторов с прорезными канавками.

На обратной линии 1 установлен фильтр. Система также предусматривает установку датчиков 16 температуры, например, термометров сопротивлений или термопар, датчиков давления 17, например, манометров, а также гидроаккумулятора 18. Прямым и обратным патрубками 13 и 14 устройство подключено через соответствующую арматуру 15 к потребителю тепла.

Теплогенераторы на основе трубы Вентури 8 могут быть выполнены из взаимозаменяемых модулей, что позволит изменять параметры движущейся через них нагреваемой среды (скорость, давление) и характер ее движения за счет изменения диаметров и длины элементов теплогенератора, а также увеличить срок службы последних.

После монтажа и проведения регламентных работ проводится запуск при частично открытой арматуре 15 на прямом и обратном патрубках 13, 14. При этом насос 4, создающий давление порядка 5-10 атм, обеспечивает циркуляцию из теплогенераторов 8 обратно в насос 4, то есть по внешнему и внутренним контурам, и обратную линию 1 с фильтром 19. Далее проводятся тестовые проверки с предварительной настройкой контуров по требуемым номинальным расходам с определением градиента роста температуры.

Далее постепенно открывается арматура 15 на патрубках 13 и 14 для увеличения подачи теплоносителя во внешний контур потребителю тепла (система отопления и т. п.) и проводится настройка регулирующих вентилей 6 для создания раздельных гидродинамических потоков во внешний контур с требуемым расходом и давлением, измеряемым по манометру 17, которое должно быть достаточным для преодоления гидравлического сопротивления всего контура потребителя тепла. В качестве теплоносителя может быть использована жидкость (солевые растворы, вода и др.). По внутреннему контуру (ветвь 3) жидкость под давлением, создаваемым насосом 4, циркулирует с большей скоростью и включает значительную часть всего расхода теплоносителя, а по внешнему контуру (ветвь 2), связанному с потребителем тепла жидкость циркулирует под остаточным давлением, которое тем не менее должно быть достаточным для нормальной работы системы потребителя тепла. Жидкость здесь циркулирует соответственно с меньшей скоростью при заданной или заранее расчитанной по тепловым потерям требуемой тепловой мощности и заданных температурах горячей воды, подаваемой через патрубок 13 в прямую магистраль потребителю тепла и возвращаемой охлажденной воды в обратную линию через патрубок 14. Необходимый расход определяется по известной формуле. Сменные гильзы кавитатора, используемого в теплогенераторах 8 по типу трубы Вентури, позволяют по измеряемому перепаду давлений в широких и узких местах с помощью теплогенераторов 12 вентильного типа и вентилей 6 и 7 настроить систему на требуемый расход и вычислить его по известным гидродинамическим формулам.

Настройка внутреннего контура (ветвь 3) производится аналогично с учетом поддержания его в оптимальном режиме работы всей системы в зоне максимального КПД и допустимых давлений, расхода и мощности насоса 4.

Изобретение позволяет исключить применение во многих случаях дополнительного подкачивающего насоса, что обеспечивает соответствующую экономию энергозатрат и повышение надежности всего устройства в целом.

Возможно также при необходимости дублирование контуров, работа их в оптимальных режимах совместно или раздельно, что расширяет диапазон выходных характеристик устройства. Модульное исполнение элементов устройства предусматривает использование в основном стандартных насосов, а также прочей арматуры трубопроводов и регулирующих устройств.

Большим преимуществом устройства является его экологическая чистота.

Проведенные в течение 1995-1997 гг. экспериментальные исследования подтвердили высокую надежность и эффективность данного изобретения.

Использование: изобретение относится к нагревательным устройствам гидродинамического кавитационного типа и может быть использовано в автономных системах отопления и горячего водоснабжения с повышенными требованиями к экологическим показателям. Сущность изобретения: нагревательное устройство содержит напорную и обратную линии, первая из которых выполнена в виде по крайней мере двух параллельных ветвей 2 и 3, снабженных каждая теплогенератором 8 гидродинамическим кавитационного типа. Напорная ветвь 2 и обратная линия 1 соединены между собой через насос 4, а также соответственно с прямой и обратной магистралями потребителя тепла с образованием внешнего циркуляционного контура. Ветвь 2 соединена с обратной линией 1 переточным трубопроводом 5 с регулирующими вентилями 6 и 7, в зоне между которыми к трубопроводу 5 подключена ветвь 3 для образования внутреннего циркуляционного контура. Оптимальное распределение расходов нагреваемой среды между контурами обеспечивает эффективный нагрев теплоносителя до заданных температур. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Нагревательное устройство, содержащее напорную и обратную линии, соединенные между собой с одной стороны через насос, а с другой стороны переточным трубопроводом с регулирующей арматурой и подключенные со стороны последнего к прямой и обратной магистралям потребителя тепла с образованием внешнего циркуляционного контура, причем напорная линия снабжена гидродинамическим нагревательным средством, отличающееся тем, что регулирующая арматура переточного трубопровода выполнена по крайней мере в виде двух последовательно включенных в переточной трубопровод регулирующих вентилей, напорная линия в виде по крайней мере двух параллельных ветвей, а гидродинамическое нагревательное средство в виде по крайней мере двух теплогенераторов кавитационного типа, каждый из которых установлен на одной из упомянутых ветвей, причем одна из последних подключена к переточному трубопроводу между ее вентилями для образования внутреннего циркуляционного контура и для обеспечения возможности совместной или раздельной оптимальной работы с внешним контуром циркуляций, образованным другой ветвью. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплогенераторы выполнены с разъемными корпусами, снабженными каждый сменным кавитационными гильзами с подвижно установленным регулирующим кавитатором. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что контуры снабжены дополнительными кавитационными теплогенераторами, включенными последовательно основным, причем теплогенераторы выполнены в виде трубы Вентури, и/или вентильного типа, и/или в виде подвижных конических кавитаторов с прорезными канавками.