ЗАМКНУТАЯ АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F24D3/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к области отопительных систем, и может быть использовано в индивидуальном строительстве, а также при отсутствии системы центрального отопления в населенном пункте.

Известные системы локального отопления обладают многими недостатками. В частности, эти системы не изолированы от окружающей среды. Неизолированность известных систем вызвана известным свойством жидкостей расширяться при нагревании. Расширение жидкости приводит к альтернативе: либо исходно заливать меньший объем жидкости в систему, либо организовывать работу системы таким образом, чтобы приращение объема жидкости не мешало работе системы. К сожалению, первый вариант решения не может быть использован в принципе, поскольку реальные системы отопления работают при различной температуре теплоносителя и, следовательно, практически при каждой температуре величина изменения объема теплоносителя будет различной. Второй вариант решения широко используется в настоящее время. Технически этот вариант решения реализован в виде открытого расширительного бачка для теплоносителя. С одной стороны, это решение привлекательно тем, что расширительный бачок позволяет системе работать при любых значениях температуры теплоносителя при условии, что емкость бачка заведомо превышает возможное приращение объема теплоносителя. С другой стороны, реально используемые отопительные системы неизбежно связаны с потерями теплоносителя, вызванными протечками системы, процессом испарения теплоносителя, а также его разложения под действием нагрева. Поэтому открытый расширительный бачок используется для добавления теплоносителя в систему отопления. При этом существует определенное техническое противоречие: с одной стороны, открытый расширительный бачок позволяет возмещать потери теплоносителя в системе отопления, а, с другой стороны, через открытый расширительный бачок происходит испарение теплоносителя. В случае использования в качестве теплоносителя воды испарение из открытого расширительного бачка приводит обычно только к гниению близко расположенных деревянных конструкций и, в худшем случае, при отсутствии должного контроля за состоянием системы, полному или частичному осушению отопительной системы, что может привести к выходу ее из рабочего состояния и размораживанию системы при эксплуатации ее при минусовых температурах. В случае использования в качестве теплоносителя органических или водно-органических жидкостей происходит испарение не только воды, но и органической жидкости, что приводит к загрязнению окружающей среды. Попытки использовать квазиизолированные системы отопления путем использования крышек различных систем успеха не имели, поскольку обычно крышки были недостаточно герметичны, чтобы предотвратить испарение теплоносителя. Вероятно, по вышеизложенным причинам все используемые в настоящее время отопительные системы являются не замкнутыми.

Известна, в частности, система водяного отопления (RU, патент 2066813, F 24 D 3/00, 1996), содержащая источник тепла, нагревательные приборы, соединенные с источником тепла подающим и обратным трубопроводами с образованием контура теплоносителя. Контур теплоносителя содержит также открытый расширительный бачок, запорную арматуру и усилитель циркуляции, выполненный в виде дополнительного отопительного контура с поверхностным теплообменником, размещенным на уровне верхнего отводящего трубопровода. Недостатком данной системы водяного отопления следует признать, кроме вышеуказанных недостатков открытых отопительных систем, сложность конструкции, а также неудобство эксплуатации дополнительного отопительного контура.

Известна также электрическая система отопления и горячего водоснабжения (RU, патент 2079793, F 24 D 13/04, 1997), содержащая устройство нагрева воды в виде резервуара и трубопроводы отвода горячей и подачи холодной воды, причем резервуар выполнен из диэлектрического материала и заполнен электролитом, через электролит пропущена нагревательная труба, соединенная с трубопроводами горячей и холодной воды. Кроме того, система содержит бачок-расширитель и устройства обогрева помещения. Недостатком данной конструкции следует признать сложность конструкции, а также ее открытость.

Известна отопительная система (GB, патент 1094040, F 24 D 3/00, 1967), содержащая котел (возможно, с электронагревателем), систему перемещения теплоносителя с точками потребления тепла, расширительный открытый бачок, установленный в верхней точке системы. В бачке выше уровня жидкости установлен электродвигатель, приводящий в действие насос - побудитель движения теплоносителя. Кроме того, бачок содержит трубопровод подпитывания теплоносителем по мере необходимости. Недостатком известной отопительной системы следует признать ее открытость.

Известна система отопления (SU, авторское свидетельство 1241029, F 24 D 3/00, 1986), содержащая источник тепла, насос, клапан, установленный параллельно насосу и управляемый как и насос тепловыми датчиками, нагревательный прибор (отопительный радиатор), открытый расширительный бачок, прямую и обратную магистрали теплоносителя, образующие совместно с перечисленными элементами замкнутый контур, и подпитывающую магистраль, подключенную к контуру. Известной системе присущи все недостатки открытых систем. По мнению заявителя, данное техническое решение может быть использовано в качестве ближайшего аналога.

Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в разработке закрытой системы автономного отопления жилых, производственных и общественных помещений.

Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в повышении экономичности системы отопления за счет уменьшения потерь тепловой энергии из-за герметичности системы, что приводит к уменьшению затрат электроэнергии.

Для получения указанного технического результата предложено использовать систему отопления, содержащую источник тепла, не менее одного нагревательного прибора, подающую и обратную магистрали, образующие совместно с источником тепла и нагревательным прибором замкнутый контур, а также не менее одного герметично закрытого расширительного бачка, причем источник тепла выполнен в виде котла с электрическим нагревом, содержащего проточную камеру нагрева теплоносителя емкостью от 8 до 12 дм³, в камеру введен электронагреватель мощностью от 1 до 5 кВт. Система может быть выполнена как с естественной, так и с принудительной циркуляцией. В случае принудительной циркуляции система содержит побудитель течения теплоносителя. В качестве побудителя течения обычно использован насос, который может быть вмонтирован в любой точке контура. Каждый герметично закрытый расширительный бачок может быть установлен в любой точке контура. Емкость всех использованных расширительных бачков должна обеспечивать поглощение объема расширившегося в результате нагрева теплоносителя. Преимущественно расширительный бачок представляет собой герметичную емкость, внутри которой размещен эластичный упругий элемент, разделяющий емкость на две части, или герметичную емкость, внутри которой размещен в эластичной таре газ, причем эластичная тара полностью изолирует газ от стенок емкости, а также теплоносителя. Каждый расширительный бачок соединен с контуром теплоносителя напрямую. Система может дополнительно содержать блок автоматического управления, представляющий собой блок управления, соединенный с не менее чем одним датчиком температуры, установленным в контуре теплоносителя, а также в проточной камере нагрева теплоносителя, кроме того, блок управления соединен с электронагревателем, установленным в проточной камере и, в случае использования насоса, с насосом. Блок управления выполнен с возможностью включения как при достижении соответствующего значения температуры теплоносителя, так и окружающего воздуха. В качестве нагревательного прибора преимущественно используют радиаторы любой конструкции, но могут быть использованы и любые другие устройства для передачи тепловой энергии от теплоносителя в обогреваемое помещение.

Изобретение иллюстрировано графическим материалом, где приведена блок-схема замкнутой локальной системы отопления. На блок-схеме приняты следующие обозначения: котел 1 с электронагревателем теплоносителя, электронагреватель 2, проточная камера 3 нагрева теплоносителя, нагревательные приборы 4, магистраль 5 подачи теплоносителя, магистраль 6 возврата теплоносителя, бачок-расширитель 7, насос 8, блок 9 автоматического управления, датчики 10 температуры.

Замкнутая локальная система отопления согласно изобретению может быть реализована различным образом.

1. В случае реализации изобретения в варианте с принудительной циркуляцией теплоносителя по замкнутому контуру система содержит котел с электронагревателем и проточной камерой нагрева теплоносителя, нагревательные приборы в виде радиаторов, магистрали подачи и возврата теплоносителя, бачок-расширитель, насос, блок автоматического управления и датчики температуры, причем насос расположен между камерой нагрева теплоносителя и последним радиатором, бачок-расширитель расположен между последним радиатором и камерой нагрева теплоносителя, датчики температуры размещены в камере нагрева теплоносителя, блок автоматического управления выполнен с возможностью включения нагревателя в камере и насоса. В камере емкостью 10 дм³ размещен электронагреватель мощностью 2 кВт. В качестве теплоносителя использована вода. Для отопительного контура водой в магистрали подачи предусмотрен штуцер подачи воды, а в магистрали возврата - штуцер слива воды. В процессе работы системы штуцера заглушены любым известным способом, обеспечивающим герметичность системы. Бачок-расширитель предпочтительно выполнен в виде герметической емкости, выполненной из механически и термически прочного материала, в частности металла или пропилена. Внутренняя полость бачка-расширителя содержит эластичную емкость, выполненную из эластичного термостойкого материала, в частности силиконового каучука, частично заполненная инертным газом (азот, аргон). При нагревании теплоносителя приращение его объема поступает в бачок-расширитель. Уменьшение свободного объема внутренней полости бачка-расширителя приводит к увеличению давления во внутренней полости, что компенсируется частичным уменьшением объема эластичной емкости с инертным газом при частичном увеличении давления газа в эластичной емкости. При уменьшении температуры теплоносителя давление во внутренней полости бачка-расширителя уменьшается, сжатый газ в эластичной емкости расширяется и выталкивает теплоноситель из бачка-расширителя в магистраль теплоносителя. Нагретый теплоноситель из камеры с электронагревателем под действием насоса циркулирует по замкнутому контуру, перенося тепловую энергию из камеры в радиаторы, которые путем конвекции передают тепловую энергию в обогреваемое помещение. Датчик температуры, установленный в проточной камере нагрева теплоносителя, предотвратит перегрев теплоносителя, а в случае выполнения блока автоматического управления системой с возможностью задания максимально допустимой температуры теплоносителя и отключения электронагревателя, наличие датчика температуры в камере нагрева позволит отключить электронагреватель при достижении теплоносителем в камере заранее заданного значения. Насос может быть подключен к блоку автоматического управления системой с возможностью включения и выключения синхронно с включением и выключением нагревателя при достижении теплоносителем заранее заданной температуры в камере.

2. В случае естественной циркуляции контур содержит вертикальный участок подающей магистрали, расположенный непосредственно после камеры нагрева теплоносителя. Нагретый теплоноситель в силу естественной конверсии поднимается по вертикально расположенной магистрали подачи теплоносителя, вызывая тем самым движение теплоносителя по замкнутому контуру. Подающую магистраль подключают к верхней части радиаторов отопления, магистраль возврата теплоносителя подключают к нижней части радиаторов. Бачок-расширитель может быть подключен в любой точке замкнутого контура. Бачок-расширитель выполнен аналогично предыдущему примеру и использован подобным же образом. Блок автоматического управления системой и датчики температуры размещены и работают также аналогично предыдущему примеру. Объем проточной камеры нагрева теплоносителя составляет 10 дм³ при мощности электронагревателя 5 кВт.

Использование предложенной замкнутой системы отопления позволяет улучшить состояние экологии в местах использования отопительной системы, сократить расход электроэнергии на отоплениt помещения, а также обеспечить эффективной и экономичной системой отопления объекты малого градостроительства.

Система предназначена для отопительных систем. Система содержит источник тепла, не менее одного нагревательного прибора, расширительный бачок, подающую и обратную магистрали теплоносителя, образующие совместно с перечисленными элементами замкнутый контур. Расширительный бачок выполнен герметично закрытым. Источник тепла выполнен в виде котла с электрическим нагревателем. Емкость камеры нагревателя составляет от 8 до 12 дм³. Мощность электронагревателя составляет от 1 до 5 кВт. Сокращается расход электроэнергии. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Замкнутая автономная система отопления, содержащая источник тепла, не менее одного нагревательного прибора, расширительный бачок, подающую и обратную магистрали теплоносителя, образующие совместно с перечисленными элементами замкнутый контур, отличающаяся тем, что расширительный бачок выполнен герметично закрытым, а источник тепла представляет собой котел с электрическим нагревом, содержащий проточную камеру нагрева теплоносителя емкостью от 8 до 12 дм³, причем использован электронагреватель мощностью от 1 до 5 кВт. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит насос. 3. Система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что расширительный бачок выполнен в виде герметичной емкости, внутри которой размещен в эластичной таре газ, причем эластичная тара полностью использует газ от стенок емкости, а также от теплоносителя. 4. Система по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит блок автоматического управления. 5. Система по п.4, отличающаяся тем, что блок автоматического управления соединен с датчиком температуры, размещенным в проточной камере, а также с электрическим нагревателем и насосом.