СИСТЕМА ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК F24D3/02 

Изобретение относится к системам водяного (жидкостного) отопления, а также, при необходимости, и горячего водоснабжения (ОГВ) индивидуальных домов или отдельных секций (подъездов) многоэтажных заданий, имеющих в качестве источника тепла преимущественно сжигаемое топливо, например, газовое.

В системах ОГВ индивидуальных зданий циркуляция воды в гидравлическом ее контуре обычно осуществляется за счет напора, возникающего из-за разности плотностей нагретой и охлажденной на отопительных элементах воды. Этот “температурный” напор обычно невелик, около 0,05-0,09 м на каждые 3 м высоты здания, что затрудняет применение дроссельного регулирования расхода воды в отопительных элементах и делает работу системы отопления неустойчивой (1 - аналог).

В более современных системах водяного отопления для устранения указанных недостатков используется принудительная циркуляция в гидравлическом контуре системы отопления за счет применения циркуляционных, обычно электроприводных, насосных агрегатов с напором 1 - 3 м для двух-трехэтажных зданий (2 - прототип).

Целью предложения является создание системы водяного отопления с принудительной напорной циркуляцией теплоносителя (воды) при использовании всего одного теплового источника энергии (преимущественного топливного газового теплогенератора), т.е. системы отопления, не требующей для обеспечения интенсивной циркуляции воды электроприводного насоса (наличия электрической энергии). Другой задачей является разработка системы, которая может быть выполнена за счет простой модернизации уже используемых отопительных систем при обеспечении конструктивной простоты, надежности и возможности обслуживания специалистами низкой квалификации. Однако предложенное устройство позволяет использовать в качестве источника тепла и электрическую энергию для нагрева воды(например, при временном отсутствии газа).

В основу данного предложения положена идея возврата энергии, идущей на обеспечение принудительной циркуляции в контуре системы, непосредственно циркулирующей воде за счет использования в качестве циркуляционного насоса пароводяного эжекционного насоса, выполняющего дополнительную функцию конденсатора приводного пара (см., например, техническое решение на “Конденсатор транспортной паросиловой установки” по авт. свидетельству №1606838, 1992 г.), где при давлении подводимого пара большем, чем давление жидкости на входе камеры смешения (конденсации), обеспечивается как насосное действие этого устройства, так и процесс конденсации пара с переходом его энергии в теплоноситель. При этом дополнительное повышение давления пара над давлением воды на входе воды в насос-конденсатор согласно предложению обеспечивается без применения дополнительного питательного насоса, обычно используемого для этих целей при традиционной реализации цикла Ренкина.

Согласно предложению поставленная цель достигается тем, что нагреватель содержит парогенератор, расположенный в нижней части контура циркуляции и сообщенный с ним через задатчик расхода воды, а выход парогенератора теплоизолированным паропроводом сообщен с паровым входом установленного последовательно в верхнюю часть контура циркуляции парожидкостного эжекционного насос-конденсатора; нагреватель выполнен из двух секций секции нагрева воды и парогенераторной секции, подключенной к обратному трубопроводу контура циркуляции в ее нижней части и паровому входу эжекционного насос-конденсатора; нагреватель жидкости выполнен в виде прямоточного парогенератора, а обратный трубопровод контура циркуляции жидкости непосредственно подключен к жидкостному входу эжекционного насос-конденсатора; нижняя часть парогенератора снабжена сливным вентилем, паропровод подключен к входу эжекционного насос-конденсатора через обратный клапан и к атмосфере через нормально открытый и закрываемый по давлению пара в паропроводе воздушный обратный клапан; паропровод расположен внутри канала отвода продуктов сгорания топлива в нагревателе; задатчик расхода воды в парогенератор и подача тепла в нагреватель выполнены с возможностью их управления по температуре в обогреваемом помещении.

На фиг.1, 2 и 3 показаны примеры выполнения предложенной системы водяного отопления.

Контур циркуляции системы отопления состоит из верхнего участка трубопроводов 1 (см. фиг.1), обратного трубопровода 2, нижнего участка трубопроводов 3 и “прямого” участка трубопроводов 4, гидравлически сообщенных с отопительными элементами 5 отапливаемых помещений, нагревателем 6 и расширительным баком 7, подключенным к верхнему участку трубопроводов 1. Нагреватель 6 в данном варианте исполнения содержит секцию нагрева воды 7 и дополнительную парогенерирующую секцию 8, сообщенную с контуром циркуляции через задатчик расхода 9, например регулируемый дроссель. Нагреватель 6 с секциями 7 и 8 расположен в нижней части контура циркуляции, а выход парогенератора 8 теплоизолированным паропроводом 10 сообщен с паровым входом установленного последовательно в верхнюю часть 1 контура циркуляции парожидкостного эжекционного насос-конденсатора 11.

Работает предложенная система водяного отопления следующим образом.

При подводе тепловой энергии q₁ и q₂, например, за счет типовых горелок сжигания газового топлива (на чертеже не показаны), соответственно к теплообменнику нагрева воды 7 и теплообменнику парогенератора 8 происходит нагрев воды в прямом трубопроводе 4 и образование пара, который по паропроводу 10 поступает на паровой вход эжекционного насос-конденсатора 11. Выходящий под давлением из сопла 12 эжектора пар передает свою механическую и тепловую энергию в камере смешения 13 воде, дополнительно подогревая ее и создавая напор, обеспечивающий циркуляцию нагретой воды в контуре циркуляции системы отопления.

Избыточное давление пара на входе в сопло 12 достигается тем, что плотность пара в паропроводе 10 многократно ниже плотности воды и поэтому давление, создаваемое водяным столбом от уровня воды в расширительном бачке до уровня расположения парогенератора 8, будет полностью передаваться пару в паропроводе 10 и практически будет равно давлению пара на входе в сопло 12, т.е. многократно будет превышать давление воды на входе парожидкостного эжекционного насос-конденсатора, определяемое столбом жидкости от уровня воды в расширительном бачке 7 до верхнего трубопровода 1. Это свойство предложенной гидросистемы обеспечивает насосное действие эжекционного насос-конденсатора.

Таким образом, в данной системе водяного отопления обеспечивается нагрев и принудительная циркуляция воды только за счет тепловой энергии, выделяемой в нагревателе. Причем напор эжекционного насос-конденсатора практически пропорционален высоте обогреваемого здания (высоте расположения эжекционного насос-конденсатора над парогенератором) и практически в 30 и более раз превышает температурный напор, имеющий место в безнасосных системах отопления.

Когда напор эжекционного насос-конденсатора можно уменьшить без существенного ухудшения интенсивности циркуляции в контуре системы отопления, например при небольшом гидравлическом сопротивлении контура циркуляции, парогенератор 8 может располагаться и выше нижнего трубопровода 3. Для работы системы принципиальным является расположение парогенератора ниже расположения эжекционного насос-конденсатора, т.е. в нижней части контура циркуляции, например, на уровне 2-го этажа трехэтажного здания (см., например, фиг.2, где секции 7 и 8 нагревателя 6 выполнены установленными в различных местах контура циркуляции).

Для запуска системы и ее обслуживания предусмотрены: сливные вентили 14 для опорожнения парогенератора 8 (или всей системы в целом); обратный клапан 15, установленный на паровом входе эжекционного насос-кавитатора 11, для предотвращения заполнения паропровода 10 водой; нормально открытый, например, под действием силы тяжести, воздушный клапан 16, закрываемый при повышении давления пара в паропроводе 10. Перед запуском системы закрывают вентиль 14, открывают задатчик 9 и заполняют парогенератор 8 водой до требуемого уровня, например по датчику уровня (на чертеже не показан). После поджога горелок 17 и 18 (см. фиг.2) задатчик 9 управляется по указанному уровню или другому параметру системы, например, совместно с управлением подачи топлива к горелкам по температуре в отапливаемых помещениях. После начала парообразования пар вытесняет воздух из паропровода 10 в атмосферу через воздушный клапан 16 и при повышении давления в нем закрывает клапан 16. Далее пар поступает в сопло 12 и начинается процесс циркуляции теплоносителя с конденсацией пара в циркулирующей воде. При остановке системы отопления задатчик 9 закрывают. Вместо задатчика 9 для закрытия или открытия канала подвода воды к парогенератору 8 нагревателя 6 в этом канале может быть установлен дополнительный вентиль 19, автоматически работающий по температуре в топке топливного нагревателя 6 по сигналу термодатчика 20 (см. фиг.2). Функции задатчика 9, клапана 19, устройства управления горелками 17 и 18 могут быть совмещены в одном узле.

На фиг.3 показан вариант системы отопления, где нагрев воды в контуре циркуляции осуществляется только за счет конденсации пара в эжекционном насосе-конденсаторе 11, т.е. здесь нагреватель 6 содержит только одну парогенерирующую секцию 8, например, разогреваемую электротэном 21 и/или газовыми горелками (на чертеже не показаны).

Таким образом, предложенная система отопления обеспечивает нагрев воды и ее принудительную циркуляцию только от одного источника тепловой энергии, т.е. делает ее работу независимой от наличия электрической энергии (при использовании в качестве тепловой энергии сжигаемого топлива), причем техническое выполнение системы отопления не требует сложных в производстве и эксплуатации традиционных циркуляционных насосов, а тепловая энергия, идущая на обеспечение процесса циркуляции, возвращается в контур обогрева помещений за счет подогрева теплоносителя (воды).

Литература

1. Соснин Ю.П., Бухаркин Е.Н. Отопление и горячее водоснабжение индивидуального дома. - М.: Стройиздат, 1991, рис. 5, стр. 14.

2. Гребенюк В.Ф. Теплообеспечение помещений. - М.: Вузовская книга, 2001, с. 100, рис. 5.1.

Изобретение относится к системам жидкостного отопления и может быть использовано в индивидуальных домах или отдельных секциях (подъездах) многоэтажного дома. Система содержит гидравлически сообщенный с контуром циркуляции воды нагреватель, отопительные элементы в обогреваемых помещениях, гидравлически подключенные к контуру циркуляции, расширительный бак, сообщенный с контуром циркуляции. Нагреватель содержит расположенный в нижней части контура циркуляции и сообщенный с ним через задатчик расхода воды парогенератор, а выход парогенератора теплоизолированным паропроводом сообщен с паровым входом установленного последовательно в верхнюю часть контура циркуляции парожидкостного эжекционного насос-конденсатора. Техническим результатом является возможность использовать систему отопления независимо от источников электроснабжения. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система водяного отопления с принудительной циркуляцией воды (жидкостного теплоносителя), содержащая гидравлически сообщенный с контуром циркуляции воды нагреватель, отопительные элементы в обогреваемых помещениях, гидравлически подключенные к контуру циркуляции, расширительный бак, сообщенный контуром циркуляции, отличающаяся тем, что нагреватель содержит расположенный в нижней части контура циркуляции и сообщенный с ним через задатчик расхода воды парогенератор, а выход парогенератора теплоизолированным паропроводом сообщен с паровым входом установленного последовательно в верхнюю часть контура циркуляции парожидкостного эжекционного насос-конденсатора.2. Система водяного отопления по п.1, отличающаяся тем, что нагреватель выполнен из двух секций - секции нагрева воды и парогенераторной секции, подключенной к обратному трубопроводу контура циркуляции в ее нижней части и паровому входу эжекционного насос-конденсатора.3. Система водяного отопления по п.1, отличающаяся тем, что нагреватель жидкости выполнен в виде прямоточного парогенератора, а обратный трубопровод контура циркуляции жидкости непосредственно подключен к жидкостному входу эжекционного насос-конденсатора.4. Система водяного отопления по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что нижняя часть парогенератора снабжена сливным вентилем, паропровод подключен к входу эжекционного насос-конденсатора через обратный клапан и к атмосфере через нормально открытый и закрываемый по давлению пара в паропроводе воздушный обратный клапан.5. Система водяного отопления по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что паропровод расположен внутри канала отвода продуктов сгорания топлива в нагревателе.6. Система водяного отопления по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что задатчик расхода воды в парогенератор и подача тепловой энергии в нагреватель выполнены с возможностью их управления по температуре в обогреваемом помещении.