СИСТЕМА ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ТЕПЛА НА ОТОПЛЕНИЕ Российский патент 2001 года по МПК G05D7/01 F24D10/00 G05D23/30 

Изобретение относится к средствам автоматического регулирования и может быть использовано в системах теплоснабжения производственных помещений, в которых возможно снижение температуры в нерабочее время (ночные часы, выходные и праздничные дни).

Для экономии тепла на отопление известно использование режима прерывистого отопления зданий, обеспечивающее достаточную температуру в рабочее время и значительную экономию тепла за счет понижения или полного отключения теплоподачи [1] , стр. 693...700, рис. 19.6. Этот режим применяют в производственных, учебных, общественных и т.п. зданиях [1], стр. 618...620.

Однако без применения надежной системы автоматического регулирования использование такого режима может привести к замораживанию здания в зимнее время. Например, здание Академии управления при Президенте Республики Беларусь на новый 1966 год было заморожено, что обошлось в миллиарды рублей на восстановительные работы.

Известны различные автоматические системы регулирования отпуска тепла на отопление, обеспечивающие экономию тепла и надежность работы системы отопления, [2], стр. 62 - 75, рис. 2.20, 2.23, 2.29. Известные системы оборудованы установленными на линии подачи теплоносителя регуляторами различного типа, датчиками температур и блоками управления.

Однако использованные в этих системах элементы усложняют конструкцию и не обеспечивают достаточную надежность, т.к. не предусматривают исключения замораживания системы путем ограничения снижения температуры в обратном трубопроводе отопления ниже предельного уровня.

Известны также регуляторы температуры прямого действия, которые позволяют предотвратить снижение температуры теплоносителя в обратном трубопроводе ниже заданного уровня и тем самым исключить возможность замораживания системы отопления [3]. В известном регуляторе привод клапана выполнен с использованием сильфона и среды с повышенным коэффициентом температурного расширения, взаимодействующей с теплоносителем.

Однако при выполнении регулирования системы отопления проявляются существенные недостатки этой конструкции. Необходимость поддержания комфортной температуры в помещении не позволяет обеспечить автоматическое поддержание другой величины, а именно минимально допустимой температуры в обратном трубопроводе системы отопления для предотвращения замораживания в зимнее время.

Устройства автоматического регулирования прямого действия усиленно совершенствуются. Известное "Устройство для регулирования температуры объекта" [4] содержит ряд сильфонов, обеспечивающих контроль заданного диапазона температур и привод исполнительного механизма, выполненного в виде шлангового затвора.

Однако известное устройство не нашло широкого применения из-за сложности конструкции и невысокой надежности работы. Из известных технических решений наиболее близким объектом к заявляемому по совокупности существенных признаков является "Устройство для регулирования расхода теплоносителя" [5], принятое авторами за прототип.

Принятый за прототип объект представляет собой систему для регулирования расхода тепла на отопление, содержащую установленный на трубопроводе системы отопления регулятор расхода теплоносителя, датчики температуры, устройство изменения уставки регулятора расхода, при этом регулятор расхода содержит корпус, разделенный перегородкой на камеры входа и выхода теплоносителя и клапан, взаимодействующий с отверстием в перегородке, причем привод клапана выполнен с использованием сильфона и вещества с увеличенным коэффициентом температурного расширения.

Принятый за прототип объект обеспечивает переменный расход теплоносителя в системе отопления в зависимости от изменения температуры наружного воздуха, что позволяет экономить расход тепла на отопление здания.

Однако принятый за прототип объект имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что его применение не исключает замораживание системы в зимнее время, т. к. температура в обратном трубопроводе системы отопления может достичь отрицательной величины. Кроме того, конструкция деталей элементов системы регулирования усложнена, что затрудняет ее изготовление, повышает стоимость и снижает конкурентоспособность.

Задачей предлагаемого изобретения является создание простой в изготовлении и надежно работающей системы для регулирования расхода тепла на отопление с улучшенной весогабаритной характеристикой, конкурентоспособной с известными.

В результате решения этой задачи достигнут новый технический результат, заключающийся в том, что разработан позиционный регулятор температуры, позволяющий монтировать систему автоматического регулирования расхода тепла на отопление, исключающую возможность замораживания системы и в то же время обеспечивающую значительную экономию расходов на отопление помещения.

Данный технический результат достигнут тем, что в системе для регулирования расхода тепла на отопление, содержащей установленный на трубопроводе системы отопления регулятор расхода теплоносителя, датчики температуры, устройство изменения уставки регулятора расхода, при этом регулятор расхода содержит корпус, разделенный перегородкой на камеры входа и выхода теплоносителя и клапан, взаимодействующий с отверстием в перегородке, причем привод клапана выполнен с использованием сильфона и вещества с увеличенным коэффициентом температурного расширения, согласно изобретению в корпусе установлен дополнительный второй клапан с приводом, аналогичным приводу первого клапана, взаимодействующий с дополнительным вторым отверстием в перегородке, а камера выхода разделена дополнительной второй перегородкой, размещенной между отверстиями в первой перегородке, причем образованная таким образом дополнительная вторая полость камеры выхода соединена гидравлически с ее первой полостью через переключатель.

В варианте исполнения системы количество дополнительных клапанов, отверстий в первой перегородке, дополнительных перегородок, полостей камеры выхода и гидравлических соединений с переключателем может быть выполнено больше двух.

Кроме того, переключатель может быть выполнен с ручным приводом, в виде электроклапана с дистанционным управлением или в виде электроклапана, когда система снабжена программируемым блоком управления и электроклапан подключен к этому блоку управления.

Отличительной особенностью заявляемого изобретения является то, что в корпусе установлен дополнительный второй клапан с приводом, аналогичным приводу первого клапана, взаимодействующий с дополнительным вторым отверстием в перегородке, а камера выхода разделена дополнительной второй перегородкой, размещенной между отверстиями в первой перегородке, причем образованная таким образом дополнительная вторая полость камеры выхода соединена гидравлически с ее первой полостью через переключатель.

Наличие указанных дополнительных элементов регулятора позволяет обеспечить прямое регулирование температуры теплоносителя и при установке регулятора в обратном трубопроводе системы отопления использовать одну из его позиций для предотвращения понижения температуры ниже заданной величины и тем самым исключить замораживание системы при сохранении возможности экономии тепла.

Такое решение позволяет получить удобную для монтажа компоновку и уменьшить габарит за счет использования одного только элемента системы для выполнения заданной программы регулирования, что упрощает конструкцию деталей системы автоматического регулирования, снижает стоимость изготовления и повышает надежность системы отопления.

В заявляемой системе дополнительные элементы регулятора скомпонованы в едином блоке, что упрощает изготовление и позволяет использовать этот регулятор в существующих системах отопления.

Еще одной отличительной особенностью заявляемого изобретения является то, что количество дополнительных клапанов, отверстий в первой перегородке, дополнительных перегородок, полостей камеры выхода и гидравлических соединений с переключателем может быть выполнено больше двух.

Это позволяет расширить технологические возможности заявляемой системы регулирования расхода тепла и реализовать более сложный график теплоснабжения.

Кроме того, отличительной особенностью изобретения является то, что поставленная задача может быть решена при любом исполнении привода переключателя, а именно, переключатель может быть выполнен с ручным приводом, с приводом в виде электроклапана с дистанционным управлением или в виде электроклапана, когда система снабжена программируемым блоком управления и электроклапан подключен к этому блоку управления.

Такое решение позволяет обеспечивать универсальность использования изобретения для различных систем отопления, что расширяет диапазон применения и соответственно рынок сбыта регулятора, созданного по заявляемому изобретению.

Таким образом, приведенные отличительные особенности заявляемого изобретения в сравнении с прототипом позволяют снизить стоимость изготовления, упростить конструкцию деталей системы регулирования, а также повысить надежность работы.

На чертеже представлена принципиальная схема заявляемой системы для регулирования расхода тепла на отопление.

Система содержит установленный на обратном трубопроводе 1 системы отопления 2 регулятор расхода теплоносителя 3, датчик темпера туры 4, установленный в отапливаемом помещении 5, устройство изменения уставки регулятора расхода 6.

Регулятор расхода 3 содержит корпус, разделенный перегородкой 7 на камеры входа 8 и выхода 9 теплоносителя и клапан 10, взаимодействующий с отверстием 11 в перегородке 7. Привод клапана 10 выполнен с использованием сильфона 12 и вещества с увеличенным коэффициентом температурного расширения, которым заполнена внутренняя полость сильфона 12.

В корпусе установлен дополнительный второй клапан 13 с приводом, аналогичным приводу первого клапана, включающим сильфон 14 и устройство изменения уставки 15. Клапан 13 взаимодействует с дополнительным вторым отверстием 16 в перегородке 7. Камера выхода 9 разделена дополнительной второй перегородкой 17, размещенной между отверстиями в первой перегородке 7. Образованная таким образом дополнительная вторая полость 18 камеры выхода соединена гидравлически с ее первой полостью 9 через переключатель 19.

Количество дополнительных клапанов, отверстий в первой перегородке, дополнительных перегородок, полостей камеры выхода и гидравлических соединений с переключателем может быть выполнено больше двух.

Переключатель 19 может быть выполнен с ручным приводом или в виде электроклапана 20 с дистанционным управлением.

Если переключатель 19 выполнен в виде электроклапана 20, система может быть снабжена программируемым блоком управления 22, к которой подключен датчик температуры 4 в помещении 5. Электроклапан 20 подключен к этому блоку управления 22.

Заявляемая система работает следующим образом.

С помощью устройств 6 и 15 регулируются уставки клапанов 10 и 13. Клапан 10 настраивается на закрытие при температуре теплоносителя в обратном трубопроводе 1, равной 40^oC, а клапан 13 - на закрытие при температуре 15^oC. Переключатель 19 устанавливается в открытое положение. При этом поступающий в систему отопления 2 теплоноситель поддерживает в помещении 5 заданную температуру в 18^oC, т.е. система 2 работает в обычном рабочем режиме. Поступающий по обратному трубопроводу 1 в камеру входа 8 теплоноситель с температурой меньше, чем 40^oC, но больше 15^oC омывает оба сильфона 12 и 14. Клапан 13 при этом перекрывает отверстие 16, а между клапаном 10 и отверстием 11 в перегородке 7 образуется зазор, по которому теплоноситель поступает в дополнительную вторую полость 18 камеры выхода, через открытый переключатель 19 перетекает в первую полость 9 камеры выхода и направляется далее в тепловую сеть.

При переходе на другой режим отопления помещения 5 (нерабочий режим, режим выходного дня) переключатель 19 устанавливают в закрытое положение, циркуляция в системе 2 прекращается и температура в помещении 5, а соответственно и температура теплоносителя в камере входа 8, начинает снижаться. При снижении температуры до величины, менее 15^oC, за счет уменьшения объема вещества внутри сильфонов последние сжимаются и сильфон 14 отрывает клапан 13 от перегородки 7, открывая отверстие 16. Теплоноситель из камеры входа 8 через отверстие 16 проходит в камеру 9 выхода и далее в тепловую сеть. Циркуляция в системе отопления 2 восстанавливается и дальнейшее понижение температуры в помещении 5 прекращается.

При оборудовании переключателя 9 электроклапаном 20 с дистанционным управлением упомянутое переключение может быть выполнено дистанционно, например, с центрального пульта управления. При этом появляется возможность одновременно устанавливать в различных помещениях различные необходимые из конкретных условий их эксплуатации режимы отопления, что снижает расходы на отопление здания в целом.

Система может быть снабжена программируемым блоком управления 22, подключенным к электроклапану 20 и датчику 4 температуры в помещении 5. В этом случае может быть реализован оптимальный график поддержания температуры в помещении 5, например, приведенный в [2] на стр. 74, рис. 2.28.

Описанная система регулирования расхода тепла на отопление является двухпозиционной. В корпусе регулятора 3 количество дополнительных клапанов, отверстий в первой перегородке, дополнительных перегородок, полостей камеры выхода и гидравлических соединений с переключателем может быть выполнено больше двух. В этом случае возможно регулирование отопления помещения 5 практически любой сложности, что значительно расширяет технологические возможности системы отопления, в том числе позволяет использовать ее для решения различных производственных задач.

В то же время наличие в регуляторе 3 клапана 13, настраиваемого на предельно низкую температуру теплоносителя, позволяет исключить возможность замораживания системы отопления 2, т.к. клапан 13 при понижении температуры ниже заданной открывает отверстие 16 в перегородке 7 и камера 8 входа напрямую соединяется с камерой 9 выхода, обеспечивая восстановление циркуляции в системе отопления 2 даже при ошибках оператора или отказе автоматики блока управления 22.

Таким образом заявляемая система в сравнении с известными такого же назначения имеет широкие технологические возможности для экономии расхода тепла на отопление и в тоже время обеспечивает высокую надежность, исключает возможность замораживания отопления. Изготовление и испытания опытных образцов системы подтвердили ее простоту в изготовлении и надежную работу. В результате получена система, конкурентоспособная с известными системами регулирования теплоснабжения.

Литература
1. Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление. М.: Стройиздат, 1991.

2. Фаликов B.С., Витальев В.П. Автоматизация тепловых пунктов. М.: Энергоатомиздат, 1989.

3. Авторское свидетельство СССР N 1756864, G 05 D 23/02, 1990.

4. Авторское свидетельство СССР N 1631522, G 05 D 23/02, 1986.

5. Авторское свидетельство СССР N 1709274, G 05 D 7/01, 1989.

Изобретение относится к средствам автоматического регулирования, применяемым в системах теплоснабжения. Технический результат - исключение возможности замораживания системы и обеспечение значительной экономии расходов на отопление помещения, который обеспечивается за счет того, что использованный в системе регулятор расхода содержит корпус, разделенный перегородкой на камеры входа и выхода теплоносителя, и клапан, взаимодействующий с отверстием в перегородке, причем привод клапана выполнен с использованием сильфона, заполненного веществом с увеличенным коэффициентом температурного расширения, и, кроме того, установлен дополнительный клапан с приводом, аналогичным приводу первого клапана, взаимодействующий с дополнительным отверстием в перегородке, а камера выхода разделена дополнительной перегородкой, размещенной между отверстиями в первой перегородке, причем образованная таким образом вторая полость камеры выхода соединена гидравлически с ее первой полостью через переключатель. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система для регулирования расхода тепла на отопление, содержащая установленный на трубопроводе системы отопления регулятор расхода теплоносителя, устройство изменения уставки регулятора расхода, при этом регулятор расхода содержит корпус, разделенный перегородкой на камеры входа и выхода теплоносителя и клапан, взаимодействующий с отверстием в перегородке, причем привод клапана выполнен с использованием сильфона, заполненного веществом с увеличенным коэффициентом температурного расширения, отличающаяся тем, что установлен дополнительный клапан с приводом, аналогичным приводу первого клапана, взаимодействующий с дополнительным отверстием в перегородке, а камера выхода разделена дополнительной перегородкой, размещенной между отверстиями в первой перегородке, причем образованная таким образом вторая полость камеры выхода соединена гидравлически с ее первой полостью через переключатель. 2. Система для регулирования расхода тепла на отопление по п.1, отличающаяся тем, что переключатель выполнен с ручным приводом. 3. Система для регулирования расхода тепла на отопление по п.1, отличающаяся тем, что переключатель выполнен в виде электроклапана с дистанционным управлением. 4. Система для регулирования расхода тепла на отопление по п.1, отличающаяся тем, что переключатель выполнен в виде электроклапана, система снабжена программируемым блоком управления и электроклапан подключен к этому блоку управления.