СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАСШИРЕНИЕМ В ЗАМКНУТОЙ ЖИДКОСТНОЙ ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМЕ И ЗАМКНУТАЯ ЖИДКОСТНАЯ ЦИРКУЛЯЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК F24D3/10 

Изобретение относится к способу управления расширением в замкнутой жидкостной циркуляционной системе с изменяющейся температурой, в которой находящийся в ней воздух или другой присутствующий газ удален из циркулирующей жидкости посредством образования воздушного или газового элемента, управляемого клапаном, где воздух или газ, который должен быть удален, собирается и откуда воздух или газ можно продуть в атмосферу или в приемную емкость, в то время как применяются дополнительные средства для поглощения расширения и сжатия жидкости, сопровождающих изменение температуры внутри замкнутой системы, и средства, позволяющие добавлять в систему жидкость, которая под давлением удаляется из внешнего хранилища жидкости. Изобретение также относится к замкнутой жидкостной циркуляционной системе для осуществления вышеописанного способа.

Такой способ обычно применяется в технологии центрального отопления, и средства для поглощения расширения и сжатия жидкости при изменении температуры, как правило, включают расширительный бачок, разделенный диафрагмой на две отдельные емкости, одна из которых открыто сообщается с сетью трубок, а другая содержит газ, способный через сжатие или расширение посредством смещения этой диафрагмы поглотить изменения объема жидкости, вызываемые изменением ее температуры. Для автоматического выпуска воздуха может быть использован клапан с поплавковым управлением, как, например, в известном патенте США 4027691 A, 07.07.1977.

В такой жидкостной циркуляционной системе фактически всегда будет иметь место утечка жидкости, хотя обычно в очень малой степени, и часто невозможно установить, где эта утечка происходит, так как испарение вытекающей в малом объеме жидкости (применительно к системам центрального отопления - это практически всегда вода) происходит, по существу, немедленно. В этом случае компенсационная способность расширительного бачка может быть исчерпана, и давление в замкнутой системе может упасть ниже минимального уровня, вызвав выход из строя отопительной системы со всеми вытекающими отсюда неприятными последствиями, такими как холодное жилое помещение или даже замерзание водоводов. Утечка жидкости может также повлечь за собой проникновение воздуха, который при наличии выпускного клапана с поплавковым управлением, в соответствии с патентом США 4 027 691, автоматически снова выпускается, что также влияет на падение давления в замкнутой системе. Чтобы эта система продолжала функционировать, давление следует регулярно проверять и, при необходимости, пополнять жидкость, что обычно является трудоемкой и грязной работой.

Задачей изобретения является обеспечение способа, при котором управление расширением в замкнутой жидкостной циркуляционной системе может осуществляться таким образом, что система фактически будет функционировать автоматически и без регулярной проверки.

Другой задачей настоящего изобретения является осуществление управления расширением наиболее простым и дешевым способом.

В соответствии с изобретением автоматическое саморегулирующееся управление расширением, выполненное описанным во вступительной части способом, осуществляется путем контроля объема воздушного или газового элемента, и при величине объема, превышающей определенный уровень, открывают клапан жидкости, через который жидкость поступает в воздушный или газовый элемент до тех пор, пока его объем снова не установится на том же определенном уровне, и клапан жидкости не закроется вновь. С помощью этих средств обеспечивают автоматическое пополнение жидкости сразу, как только объем жидкости в замкнутой системе падает ниже определенного минимума, и таким образом предотвращают выход системы из строя из-за слишком низкого давления.

Поскольку воздушный или газовый элемент напрямую соединяют с циркуляцией жидкости в циркуляционной системе, падение уровня жидкости ниже определенного минимума происходит фактически всегда, когда температура и, соответственно, давление циркулирующей жидкости будут на самом низком уровне. В этом случае разность давления воздушного или газового элемента и подпиточной жидкости наибольшая, что имеет другое преимущество, заключающееся в том, что через подачу пополняющей жидкости в воздушный или газовый элемент эта жидкость уже в значительной степени дегазируется непосредственно из-за падения давления. Известно, например, что при температуре воды в 10^oC в случае падения давления с 5 до 1,5 бар абс. возможная поглощающая способность воздуха падает со 115 до 35 литров на м³, то есть снижается на 70%. Газ, удаленный таким способом из подпиточной жидкости, собирается прямо в воздушном или газовом элементе и, таким образом, не уходит из циркуляционной системы. Если давление в системе превышает определенный уровень при новом повышении температуры циркулирующей жидкости, то предусмотренный для этих случаев клапан открывается и этот газ вместе с газом, удаленным из циркулирующей жидкости, будет выпущен в атмосферу.

Поскольку воздушный или газовый элемент напрямую соединен с жидкостной циркуляционной системой и, следовательно, уровень жидкости в этом воздушном или газовом элементе падает, например, из-за утечки, то можно пополнять жидкость очень удобным, простым и надежным способом в соответствии со следующим осуществлением изобретения, при котором контроль объема воздушного или газового элемента осуществляют при помощи поплавка, соединенного с питательным клапаном жидкости таким образом, что при падении поплавка ниже определенного уровня клапан жидкости открывается, а когда в результате подачи жидкости он поднимается до определенного уровня, питательный клапан жидкости закрывается, при этом соединение между поплавком и клапаном выполнено так, что при любом уровне жидкости выше этого определенного уровня поплавок не влияет на закрытое положение клапана жидкости. Так, эффективный и крайне надежный способ пополнения достигается очень простыми средствами. Поплавок имеет и другое преимущество, он уменьшает площадь свободной поверхности воды и, таким образом, снижает вероятность газовой абсорбции в воздушном или газовом элементе, однако необходимо отметить, что эта вероятность мала в любом случае, так как воздушный или газовый элемент, хотя и соединен непосредственно с циркуляционной системой, но расположен, на самом деле, вне циркуляционной цепи.

Было замечено, что уровень жидкости в воздушном или газовом элементе изменяется в зависимости от температуры циркулирующей жидкости и что на этом уровне жидкости газовая абсорбция практически отсутствует. Эти свойства могут быть очень выгодно использованы, если в соответствии со следующим предпочтительным конструктивным исполнением изобретения воздушный или газовый элемент будет иметь такой достаточный размер, что при нормальном функционировании жидкостной циркуляционной системы будет иметь объем больше, чем объем максимального расширения, рассчитанный от общего объема жидкости в жидкостной циркуляционной системе и при нормальном функционировании от максимальной разности температур, воздействию которой подвергается эта жидкость. Если использовать эти средства, можно избежать встраивания общеизвестного расширительного бачка с диафрагмой, так как теперь эта функция выполняется воздушным или газовым элементом. Таким образом, относительно простыми средствами достигается интегрированный способ непрерывного автоматического выпуска воздуха или газа, пополнения жидкости и осуществления управления расширением.

В соответствии с дальнейшим конструктивным исполнением изобретения продувка из воздушного или газового элемента в атмосферу осуществляется таким образом, что воздух или газ, удаляемый из жидкости, продувается через клапан избыточного давления, выполненный в воздушном или газовом элементе, с помощью которого ограничивается давление, которое может максимально превалировать в жидкостной циркуляционной системе. Таким способом обеспечивается дальнейшая интегрированная защита от избыточного давления.

Если в соответствии с еще одним конструктивным исполнением изобретения воздушный или газовый элемент формируется в обводном канале, который может быть временно легко отсоединен от циркуляционной системы для технического обслуживания и ремонта, например чистки. Если циркуляция жидкости осуществляется насосом, по обеим сторонам которого расположены входное и выходное отверстия обводного канала, то, с одной стороны, в воздушном или газовом элементе может быть достигнут оптимально спокойный уровень жидкости, а с другой стороны, это обеспечивает как можно более быстрое улавливание микропузырьков в местах их наибольшего образования, а именно в циркуляционном насосе, и подачу их в оптимальную выпускную систему. По этой же причине предпочтительно, чтобы воздушный или газовый элемент был установлен в непосредственной близости от места, где во время нормального функционирования температура циркулирующей жидкости достигает наивысшего значения.

Изобретение также относится к замкнутой жидкостной циркуляционной системе, состоящей из нагревательного бойлера с подсоединенными к нему водоводами, расширительного устройства для выравнивания расширения и сжатия жидкости в замкнутой системе и автоматического выпускного устройства с клапанным управлением, снабженного корпусом, один конец которого открыто соединен с водоводом сети, а другой конец изолирован от окружающей среды, причем в нем расположен выпускной клапан, а в корпусе - перемещающийся в продольном направлении поплавок. Причем предусмотрен питательный клапан жидкости, открытый в изболированный конец, состоящий из рабочего элемента, соединенного с поплавком таким образом, что когда определенное расстояние между поплавком и рабочим элементом превышается, последний открывает клапан, а когда расстояние между ними равно или меньше определенного, рабочий элемент оставляет клапан в закрытом состоянии. Таким образом, выпускное устройство используется для автоматического пополнения с управляемым уровнем или объемом.

Если определенное расстояние между поплавком и рабочим элементом таково, что объем корпуса, расположенного между поплавком и рабочим элементом, при определенном расстоянии, больше, чем объем максимального расширения, рассчитанного от общего количества жидкости в жидкостной циркуляционной системе и во время нормального функционирования от максимальной разности температур, воздействию которой подвергается эта жидкость, то совмещенная система выпуска воздуха или газа и пополнения жидкости также обеспечивает управление расширением, таким образом можно обойтись без известного расширительного бачка с диафрагмой, потому что это не только экономит затраты, но также и потому, что эти известные расширительные бачки легко выходят из строя и имеют относительно короткий срок службы по сравнению со всей системой в целом. Последнее, в частности, относится к разрыву диафрагмы, вследствие чего обычно происходит замена всего расширительного бачка со всеми расходами и соответствующими действиями, в том числе хотя бы частичный слив системы. В предлагаемой конструкции такая диафрагма отсутствует, как не существует и никакого заменяющего элемента, который мог бы также легко выходить из строя, в результате чего срок службы аппарата, который влияет на управление расширением, значительно возрастает.

Если задействованы относительно крупные жидкостные циркуляционные системы, т.е. циркуляционные системы, содержащие относительно большой объем жидкости, то объем расширения тоже может быть относительно большим. В этом случае в соответствии с еще одним конструктивным исполнением изобретения рядом с корпусом предпочтительно установить, по крайней мере, еще один дополнительный корпус, который через соединительные элементы открыто соединен с первым корпусом, и оба расположены ниже поплавка и на уровне с изолированным концом, в то время как определенное расстояние между поплавком и рабочим элементом таково, что общий объем всех корпусов, расположенных между поплавком и рабочим элементом, в случае, когда расстояние между ними строго определено, больше, чем максимальное расширение, рассчитанное от общего количества жидкости в жидкостной циркуляционной системе и при нормальном функционировании от максимальной разности температур, воздействию которых подвергается эта жидкость. Благодаря этим средствам может быть достигнут большой объем расширения без использования крупных баков или контейнеров. Более того, применяя эти средства, достаточно использовать стандартное устройство для совмещенного выпуска воздуха или газа, пополнения жидкости или управления расширением, которое путем присоединения к нему необходимого количества патрубков может обеспечить объем расширения, необходимый для конкретной системы.

В замкнутой жидкостной циркуляционной системе в соответствии с настоящим изобретением поплавок используется для функционирования подпиточного клапана. Хотя этот поплавок можно использовать также и для открытия выпускного клапана в соответствии с еще одним конструктивным исполнением изобретения, предпочтительно, чтобы выпускной клапан, открывающийся при превышении определенного объема, был установлен или соединен с изолированным концом корпуса. В этом случае при обычно относительно низкой температуре циркулирующей жидкости имеет место пополнение жидкости, если необходимо, посредством клапана с поплавковым управлением, в то время как выпуск воздуха или газа происходит при относительно высокой температуре, при этом воздушный или газовый элемент сжимается под действием расширяющейся жидкости. Более того, этот выпускной клапан может быть снабжен защитой от избыточного давления.

Далее описывается ряд возможных конструктивных исполнений способа и системы в соответствии с изобретением со ссылкой на примеры исполнений, изображенные на сопроводительных чертежах, где:
на фиг. 1 изображен в поперечном сечении первый конструктивный вариант системы в соответствии с изобретением;
на фиг. 2 схематично изображено первое конструктивное исполнение отопительной установки со встроенной системой в соответствии с фиг. 1;
на фиг. 3 схематично изображено второе конструктивное исполнение отопительной установки со встроенной системой в соответствии с фиг. 1;
на фиг. 4 показан второй конструктивный вариант системы в соответствии с изобретением.

Система, показанная на фиг. 1, состоит из цилиндрического корпуса 1 с верхней крышкой 2 и нижней крышкой 3, имеющего объем больше, чем общий объем предлагаемого расширения жидкости в замкнутой циркуляционной системе, для которого эта система предназначена.

В верхней крышке 2 вмонтирован цилиндрический элемент 4, снабженный патрубком 5 с клапаном 6, один конец которого соединен с водоводом 7, а в другом расположен рабочий элемент 8, открывающий поворотом вниз клапан 6. Поплавковая игла 9, подвешенная к рабочему элементу 8 и удаленная от клапана 6, несет поплавок 10, расположенный под пластиной 11, снабженной отверстиями, через которые поплавковая игла 9 может свободно скользить. Элемент 4 далее включает в себя выпускной клапан 12, который также служит в качестве защиты от избыточного давления.

К нижней крышке 3 прикреплена Т-образная деталь трубки 13, патрубки которой 14 соосно вмонтированы в замкнутую жидкостную циркуляционную систему и далее не показаны. В поперечной части Т-образной детали трубки 13 по центру между патрубками 14 проходит труба 15, снабженная проволокой 16, намотанной в форме сдвоенной спирали. Эта проволока 16 улавливает микропузырьки из протекающей мимо нее жидкости и направляет их вверх к корпусу 1.

На фиг. 2 показан нагревательный бойлер 17, подвешивающийся к стене, из которого нагретая вода поступает через водовод 18 в нагреваемую емкость 19. После подачи тепла вода течет обратно в бойлер 17 через водовод 20. Т-образная деталь трубки 13 вмонтирована в водовод 18. Что касается вместимости, как было упомянуто, корпус 1 предназначен для возможной максимальной разности объемов циркулирующей жидкости, т.е. к объему воды при максимальной температуре минус объем воды при минимальной температуре, максимуму и минимуму температур при функционально определенных значениях. Посредством клапана 6 и водовода 7 элемент 4 корпуса 1 соединен с вентилем 21. Далее, водовод 22, соединенный с выпускным клапаном 12 элемента 4, содержит индикатор влажности 23 и ведет к сточной трубе, например к коллектору, которые не показаны на чертеже.

В нагревательном устройстве в соответствии с фиг. 2 система, представленная на фиг. 1, предусматривает поглощение расширения циркулирующей жидкости, автоматический выпуск воздуха или газа и автоматическое пополнение жидкости в случае утечки.

При нормальных условиях функционирования уровень жидкости при самой низкой функциональной температуре будет приблизительно на уровне поплавка 10 на фиг. 1. Если температура повышается, жидкость расширяется и уровень жидкости в корпусе 1 поднимается, в то время как пластина 11 остается на поверхности жидкости, и таким образом область свободной поверхности жидкости является относительно малой. Соответственно, газ над уровнем жидкости сжимается. Если в трубе 15 с проволокой 16 улавливается такое количество воздуха и поступает это количество в корпус 1, тогда при этом сжатии давление достигает определенной величины, выпускной клапан 12 открывается, и газ продувается и отводится через водовод 22.

Если температура циркулирующей жидкости падает и происходит утечка жидкости из отопительной установки, то уровень жидкости падает ниже пластины 11. Когда уровень жидкости падает еще ниже, поплавок 10 тоже падает и открывает клапан 6, вызывая новое пополнение жидкости через водовод 7. В этот момент температура жидкости и, соответственно, давление в корпусе 1 низкие. Следовательно, пополнение жидкости влечет за собой падение давления, и таким образом жидкость в значительной степени дегазируется напрямую. Этот газ остается в верхней части корпуса 1 и элементе 4 и своевременно будет продут через клапан 12.

На фиг. 3 система, представленная на фиг. 1, предназначена для относительно крупной отопительной установки. Для этой цели изготавливают ряд дополнительных корпусов 24, верхние концы которых через водоводную систему 25 открыто соединены с элементом 4, а нижние концы через водоводную систему 26 открыто соединены с Т-образной деталью трубки 13. Если предположить, что объем каждого из дополнительных корпусов 24 равен объему корпуса 1, то расширительная способность увеличивается в 4 раза. В этом конструктивном исполнении Т-образная деталь трубки 13 соединена с водоводом 29, идущим из бойлера 28 через обводной канал 27, который расположен в виде моста над циркуляционным насосом 30 и может отделяться от циркуляционной системы посредством клапанов 32, например, для технического обслуживания и ремонта.

На фиг. 4 показан вариант системы, представленной на фиг. 1. В действительности, корпус 1 отсутствует и элемент 4' напрямую соединен с Т-образной деталью трубки 13', которая содержит трубу 15 с проволокой 16. Посредством поплавковой иглы 9' и рабочего элемента 8 поплавок 10' при необходимости обеспечивает открытие клапана 6 и делает возможным пополнение воды из водовода 7. Поскольку элемент 4' имеет относительно небольшие размеры, объем расширения в ней недостаточный. Для обеспечения достаточного объема расширения имеется цилиндрический корпус 32, осевая линия которого проходит горизонтально и нижняя сторона которого находится примерно на уровне поплавка 10' в его самом нижнем положении. Объем корпуса 32 тоже приспособлен к желаемому объему расширения. Нижняя сторона корпуса 32 через водовод 33 открыто соединена с нижней стороной Т-образной детали трубки 13', которая содержит соединение 34 в месторасположении трубы 15. Далее, верхняя сторона корпуса 32 через водовод 35 открыто соединена с верхней стороной элемента 4'. Наконец, на верхней стороне корпуса 32 дополнительно предусмотрен выпускной клапан 12' для выпуска избытка газа из отопительной установки.

Функционирование этого модифицированного конструктивного исполнения по сути идентично функционированию, описанному выше, со ссылкой на систему, представленную на фиг. 1, поэтому, как представляется, дальнейшее обсуждение можно опустить.

Возможны другие модификации и варианты в объеме этого изобретения, как указано в прилагаемой формуле изобретения.

Способ и система, в которой находящийся там воздух удаляется из циркулирующей жидкости путем образования воздушного элемента, управляемого клапаном, в котором воздух, который должен быть удален, собирается и из которого воздух можно продуть в атмосферу или в приемную емкость, при этом используются дополнительные средства для поглощения расширения и сжатия жидкости, сопровождающие изменение температуры внутри замкнутой системы, и средства, позволяющие добавлять жидкость в систему из внешнего хранилища жидкости под давлением, при этом объем воздушного элемента измеряется и, когда определенный объем превышен, открывается клапан жидкости, через который в воздушный элемент вводится жидкость до тех пор, пока ее объем снова не станет практически равным определенному объему, и клапан жидкости закрывается. Технический результат - повышение надежности. 2 с. и 11 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Способ управления расширением в замкнутой жидкостной циркуляционной системе с изменяющейся температурой, в которой находящийся в ней воздух или другой газ удаляют из циркулирующей жидкости посредством образования воздушного или газового элемента, управляемого клапаном, при этом воздух или газ, которые должны быть удалены, собирают в нем и выпускают в атмосферу или приемную емкость, используют дополнительные средства для поглощения расширения и сжатия жидкости, сопровождающие изменение температуры внутри замкнутой системы, и средства для добавления в систему жидкости, удаляемой из внешнего хранилища жидкости под давлением, отличающийся тем, что контролируют объем воздушного или газового элемента и, при превышении вышеуказанным объемом определенной величины, открывают клапан жидкости, через который жидкость вводят в воздушный или газовый элемент до установления его объема на том же заданном уровне, и затем закрывают. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что объем воздушного или газового элемента контролируют посредством поплавка, соединенного с питательным клапаном жидкости таким образом, что, когда поплавок опускается ниже определенного уровня, питательный клапан жидкости открывают, а когда поплавок поднимается до определенного уровня, питательный клапан жидкости закрывают, при этом соединение между поплавком и клапаном выполняют таким образом, что при любом уровне жидкости выше определенного поплавок не оказывает влияния на закрытое положение клапана жидкости. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что воздушный или газовый элемент размещают в корпусе, который выполняют такого размера, при котором при нормальном функционировании жидкостной циркуляционной системы он имеет объем больший, чем объем максимального расширения, который рассчитывают от общего количества жидкости в жидкостной циркуляционной системе, и при нормальном функционировании от максимальной разности температур, воздействию которых подвергают эту жидкость. 4. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что воздух или газ, удаляемый из жидкости, продувают через расположенный в воздушном или газовом элементе выпускной клапан, посредством которого устанавливают давление, которое может максимально превалировать в жидкостной циркуляционной системе. 5. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что воздушный или газовый элемент образуют в обводном канале. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что циркуляцию жидкости осуществляют насосом, по обеим сторонам которого расположены входное и выходное отверстия обводного канала. 7. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что воздушный или газовый элемент образуют, по крайней мере, в непосредственной близости от бойлера для нагревания циркулирующей жидкости, в котором во время нормального функционирования температура циркулирующей жидкости достигает наивысшей отметки. 8. Замкнутая жидкостная циркуляционная система, включающая нагревательный бойлер с подсоединенными к нему водоводами, расширительное устройство для выравнивания расширения и сжатия жидкости в замкнутой системе и автоматическое выпускное устройство с клапанным управлением, имеющее корпус, один конец которого открыто соединен с одним водоводом, а другой конец изолирован от окружающей среды, при этом выпускной клапан установлен в этом изолированном конце, и поплавок, расположенный в корпусе с возможностью перемещения в продольном направлении, отличающаяся тем, что открывающийся в изолированный конец питательный клапан жидкости содержит рабочий элемент, соединенный с поплавком таким образом, что при превышении определенного расстояния между поплавком и рабочим элементом последний открывает клапан, а при расстоянии между ними, равном или меньшем определенного, рабочий элемент удерживает клапан в закрытом состоянии. 9. Замкнутая жидкостная циркуляционная система по п.8, отличающаяся тем, что определенное расстояние между поплавком и рабочим элементом является таким, что объем корпуса, расположенного между поплавком и рабочим элементом, когда расстояние между ними определено, больше, чем максимальный объем расширения, рассчитанный от общего количества жидкости в жидкостной циркуляционной системе, и при нормальном функционировании от максимальной разности температур, воздействию которых подвергается эта жидкость. 10. Замкнутая жидкостная циркуляционная система по п.8, отличающаяся тем, что рядом с корпусом устанавливается, по крайней мере, один дополнительный корпус, который через водовод открыто соединен с первым корпусом, при этом оба корпуса расположены ниже уровня поплавка и на уровне с изолированным концом, при этом определенное расстояние между поплавком и рабочим элементом является таким, что общий объем всех корпусов, расположенных между поплавком и рабочим элементом, когда расстояние между ними определено, больше, чем максимальный объем расширения, рассчитанный от общего количества жидкости в жидкостной циркуляционной системе, и при нормальном функционировании от максимальной разности температур, воздействию которых подвергается эта жидкость. 11. Замкнутая жидкостная циркуляционная система по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что установленный в или соединенный с изолированным концом корпуса выпускной клапан открывается при превышении определенного объема. 12. Замкнутая жидкостная циркуляционная система по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что открытый конец корпуса соединен с обводным каналом сети водоводов. 13. Замкнутая жидкостная циркуляционная система по п.12, отличающаяся тем, что циркуляционный насос, примыкающий к бойлеру, вмонтирован в сеть водоводов, причем насос перекрывается обводным каналом.