Насосно-смесительный узел системы низкотемпературного отопления Российский патент 2023 года по МПК F24D3/02 F24D19/00 

Изобретение относится к насосно-смесительным узлам системы низкотемпературного отопления для изменения теплопередачи (температурного режима теплоносителя), ее увеличения или уменьшения и предназначена для обеспечения комфортного и экономичного теплоснабжения, как всего здания, так и отдельных блоков помещений, а именно для системы «теплый пол».

Отопление в полу - это вид системы низкотемпературного отопления. По ряду причин, в трубопроводы теплоноситель необходимо подавать с температурой ниже 55°С. Именно насосно-смесительный узел обеспечивает поддержание температуры теплоносителя на значениях, необходимых для низкотемпературного отопления, путем смешивания двух потоков - горячего (от высокотемпературной магистрали системы отопления) и охлажденного (от обратной магистрали после прохождения через систему низкотемпературного отопления, к примеру «теплый пол»).

Насосно-смесительный узел теплого пола является важнейшей составляющей системы. Он не только обеспечивает циркуляцию теплоносителя через контуры и поддерживает в них необходимую температуру теплоносителя, но и обеспечивает интеграцию с коллекторами, через которые теплоноситель распределяется по контурам теплого пола, собирается обратно коллекторы и возвращается в узел управления. Правильная компоновка насосно-смесительного узла влияет на функциональность и надежность всей системы отопления.

Известен коллектор с интегрированным смесительным узлом, состоящий из подающей и возвратной частей, включающих подающий и обратный трубопровод, микрометрические клапаны, балансировочные клапаны, клапаны заполнения и слива, клапаны сброса воздуха, стыковочные соединительные элементы и термометры, характеризующийся тем, что он снабжен встроенным смесительным узлом, включающим дополнительный ручной клапан сброса воздуха, циркуляционный насос, линию байпаса с балансировочным клапаном, подводящий двухходовой (регулирующий) клапан, а также отводящий балансировочный клапан. (Патент №59789, МПК F28F 13/00, опубликован 27.12.2006).

Недостатком данной конструкции является отсутствие возможности разнесения насосно-смесительного узла и коллектора в разные установочные места. При отоплении зданий с несколькими этажами или блоками помещений устанавливаются индивидуальная коллекторные группы, а подготовка теплоносителя осуществляется одним насосно-смесительным узлом.

Недостаточная надежность насосно-смесительного узла с одним датчиком температуры, при выходе которого из строя, теплоноситель с температурой выше допустимой может поступать в контуры теплого пола. А если выход из строя датчика температуры совпадет с остановкой циркуляционного насоса это приведет к неминуемому превышению температуры теплоносителя подаваемого в контуры теплого пола, что может повлечь даже разрушение стяжки теплого пола.

Наиболее близким по технической сущности является RTL-управляемый насосно-смесительный узел ТА НСУ ПН описание которого есть в сети интернет по адресу: https://tsgvps.ru/opisaniva/opisanie-termoadaptivnve-pogodozavisimye-nasosno-smesitelnye-uzlov/, который принят за прототип.

Насосно-смесительный узел системы низкотемпературного отопления, имеющий циркуляционный насос, объединяющий через патрубки циркуляции участок подачи, совмещенный с патрубком подачи и участок подмеса, совмещенный с патрубком возврата, при этом узел управления сообщен с высокотемпературной магистралью через регулирующий клапан подачи и регулирующий клапан возврата, каждый из которых снабжен приводом, имеющим термодатчик, регулирующий клапан подачи расположен на участке подмеса у патрубка циркуляции, обратный клапан расположен на участке подмеса, между патрубком циркуляции и патрубком возврата, регулирующий клапан возврата расположен на участке подмеса, между обратным клапаном и патрубком возврата теплоносителя системы низкотемпературного отопления.

Недостатком данного насосно-смесительного узла системы низкотемпературного отопления является:

1. Недостаточная надежность работы, в следствии того, что управление всей системой низкотемпературного отопления осуществляется по термодатчикам, расположенным на одном контуре теплого пола. В случае прекращения циркуляции теплоносителя через этот контур, например, при образовании в нем воздушной пробки или при отключении этого контура теплого пола в случае нарушения его герметичности, нарушается управление всей системой, подключенной к данному узлу управления.

2. Усложненный ремонт, связанный с тем что термодатчики приводов, примененные в этом насосно-смесительном узле установлены между трубой контура теплого пола и коллектором, а в случае выхода из строя привода с термодатчиком и их замены необходимо произвести отключение данного контура от системы, слить с контура часть теплоносителя, демонтировать датчик разобрать соединения и повторить все операции в обратной последовательности, что требует специальных знаний, навыков и опыта.

3. невозможность разнесения насосно-смесительного узла системы и распределительных коллекторов по разным местам, этажам или блокам.

Технические задачи, на решение которых направлено изобретение заключается в увеличении надежности работы насосно-смесительного узла, в обеспечении возможности разнесения в разные места коллекторов и насосно-смесительного узла системы низкотемпературного отопления, а также в упрощении ремонтоспособности насосно-смесительного узла системы низкотемпературного отопления.

Технические задачи достигаются за счет того, что насосно-смесительный узел системы низкотемпературного отопления, имеющий циркуляционный насос, объединяющий через патрубки циркуляции участок подачи, совмещенный с патрубком подачи и участок подмеса, совмещенный с патрубком возврата, при этом насосно-смесительный узел сообщен с высокотемпературной магистралью через регулирующий клапан подачи и регулирующий клапан возврата, каждый из которых снабжен приводом, имеющим с термодатчик, регулирующий клапан подачи расположен на участке подмеса у патрубка циркуляции, обратный клапан расположен на участке подмеса, между патрубком циркуляции и патрубком возврата, регулирующий клапан возврата расположен на участке подмеса, между обратным клапаном и патрубком возврата, согласно изобретению один из термодатчиков размещен на участке подмеса, между патрубком циркуляции и патрубком возврата теплоносителя системы низкотемпературного отопления.

Для пояснения сущности изобретения приведены чертежи: Фиг. 1 - общий вид насосно-смесительного узла системы низкотемпературного отопления.

Фиг. 2 - схема работы насосно-смесительного узла системы низкотемпературного отопления.

Насосно-смесительный узел включает:

1 - циркуляционный насос

2 - патрубок циркуляции

3 - участок подачи

4 - патрубок подачи

5 - участок подмеса

6 - патрубок возврата

7 - регулирующий клапан подачи

8 - привод клапана подачи

9 - термодатчик возврата циркулирующего теплоносителя

10 - регулирующий клапан возврата

11 - привод клапана возврата

12 - термодатчик подачи циркулирующего теплоносителя

13 - клапан обратный

14 - коллектор распределения циркулирующего теплоносителя

15 - коллектор объединения циркулирующего теплоносителя

16 - контуры теплого пола

17 - гильза защитная

Т1 - подача из высокотемпературной магистрали

Т2 - возврат в высокотемпературную магистраль

Т3 - подача низкотемпературного теплоносителя

Т4 - возврат низкотемпературного теплоносителя

Частный случай выполнения насосно-смесительного узла системы низкотемпературного отопления по изобретению. См. Фиг. 1.

Для насосно-смесительного узла системы низкотемпературного отопления использованы серийно изготавливаемые изделия, находящиеся в продаже под наименованием, указанным в кавычках.

«Соединения для насоса Арт.249 KVD» - 1 комплект, в котором содержатся: участок подачи 3, совмещенный с патрубком подачи 4 и участок подмеса 5 совмещенный с патрубком возврата 6. На участке подачи 3 и участке подмеса 5 имеются патрубки циркуляции 2, а около патрубков подачи 4 и возврата 6 имеются патрубки с внутренней резьбой 1/2 перпендикулярно расположенные относительно оси участка подмеса. Патрубки подачи 4 и возврата 6 имеют наружные резьбы 1". В торцах участков подачи 3 и подмеса 5 имеются внутренние резьбы 1". На участке подмеса 5 имеются патрубки с внутренней резьбой 1", перпендикулярно расположенные относительно оси участка подмеса, а между ними встроен обратный капан 13. В верхней части циркуляционного патрубка 2 участка подачи 3 имеется отверстие с внутренней резьбой V2". Циркуляционный насос 1 «AM-XPS25-6-130» -1 шт. защитные гильзы 17 «189 | Штуцер для выносного датчика термостатической головки код 87189AD06» - 2 шт. Регулирующие клапаны 7 и 10 - «Вентиль термостатический н/н с разъемным соединением THERMO артикул 162N2300» - 2 шт. Приводы 8 и И с термодатчиком 9 и 12 - «Термостатическая головка 20°-50°С с погружным датчиком арт.995/82995АС20» - 2 шт. Переходники «Футорка с уплотнительным кольцом 1/2 г * 1" ш, никелированный артикул М302-24» - 2 шт и заглушки «Пробка с уплотнительным кольцом, латунная 1" артикул DT004A» -2 шт, «Пробка с уплотнительным кольцом, латунная V2" артикул DT002A»-1 шт.

Выполнение насосно-смесительного узла системы

низкотемпературного отопления по изобретению. См. фиг. 1.

К патрубкам циркуляции 2 участка подачи 3 и участка подмеса 5 накидными гайками IV2" через уплотнительные прокладки (из комплекта насоса) присоединен циркуляционный насос 1, расположенный по направлению стрелки на его корпусе, от участка подмеса к участку подачи. В резьбовые отверстия на торцах участков подачи 3 и подмеса 5 вкручены заглушки 1" «Пробка с уплотнительным кольцом, латунная 1" артикул DT004A», в резьбовое отверстие V2" верхней части циркуляционного патрубка 2 участка подачи 3 вкручена заглушка «Пробка с уплотнительным кольцом, латунная V2" артикул DT002A».

В патрубки с внутренней резьбой 1", расположенные перпендикулярно оси участка подмеса 5 вкручены переходники «Футорка с уплотнительным кольцом 1/2 г * 1" ш, никелированный артикул МЗ02-24» с внутренней резьбой V2", в которые вкручены разъемные соединения термостатических клапанов THERMO артикул 162N2300. В патрубки с внутренней резьбой 1/2" находящиеся около патрубков подачи 4 и возврата 6, вкручены защитные гильзы 17.

К разъемному соединению, установленному на участке подмеса 5 у патрубка циркуляции, присоединен регулирующий клапан подачи 7, причем стрелка на корпусе регулирующего клапана направлена к узлу подмеса. К разъемному соединению, установленному на участке подмеса 5 между обратным клапаном 13 и патрубком возврата присоединен регулирующий клапан возврата 10, причем стрелка на корпусе регулирующего клапана направлена от узла подмеса.

На регулирующий клапан подачи 7 установлен привод 8 термодатчик 12 которого расположен в гильзе защитной 17, которая в свою очередь размещена на участке подачи 3, между патрубком циркуляции 2 и патрубком подачи 4. На регулирующий клапан возврата 10 установлен привод 11 термодатчик 9 которого расположен в гильзе защитной 17, которая в свою очередь размещена на участке подмеса 5 между патрубком циркуляции 2 и патрубком возврата 6.

По сути термодатчик 12 может быть установлен на циркуляционном насосе 1, так и на патрубке циркуляции 2 участка подачи 3, так и на самом участке подачи 3, так и на патрубке подачи 4, так и на коллекторе 14 распределения циркулирующего теплоносителя. Все соединения закручены с помощью гаечных ключей. Герметичность обеспечена за счет эластичных уплотнительных элементов. Конструкция готова к работе.

Заявляемый насосно-смесительный узел системы низкотемпературного отопления основан на принципе последовательного смешивания теплоносителей. К теплоносителю, циркулирующему через контуры теплого пола, подмешивается высокотемпературный теплоноситель, подаваемый из высокотемпературной магистрали и возвращающийся после прохождения через контуры теплого пола в высокотемпературную магистраль с тем же одномоментным расходом. Расход высокотемпературного теплоносителя через насосно-смесительный узел не более расхода, проходящего через менее открытый регулирующий клапан, в следствии того, что клапаны расположены на подаче и возврате одной и той же магистрали. При работающем циркуляционном насосе, температура теплоносителя, возвращающегося в высокотемпературную магистраль равна температуре теплоносителя возвращающегося из контуров теплого пола.

На фиг. 2 представлена схема работы насосно-смесительного узла системы низкотемпературного отопления, поясняющая принцип действия изобретения в частном случае.

На контурах теплого пола отсутствуют автоматические регуляторы расхода, и при работающем циркуляционном насосе расход теплоносителя через контуры теплого пола условно постоянный. Пропускная способность регулирующих клапанов значительно меньше пропускной способности контуров теплого пола.

Подача высокотемпературной магистрали Т1 сообщается через регулирующий клапан подачи 7 с участком подмеса 5 около патрубка циркуляции. На приводе клапана подачи 8, имеющем термодатчик 12 установлено значение 45°С. Возврат в высокотемпературную магистраль Т2 сообщен через регулирующий клапан возврата 10 с участком подмеса 5 на участке между обратным клапаном 13 и патрубком возврата 6. На приводе 11, имеющем термодатчик 9 установлено значение 30°С. Участок подачи 3 сообщается через патрубок подачи 4 с коллектором распределения циркулирующего теплоносителя 14, а участок подмеса 5 сообщен через патрубок возврата 6 с коллектором 15 объединения циркулирующего теплоносителя. К коллекторам 14 и 15 подключены контуры теплого пола.

При включении циркуляционного насоса 1 теплоноситель Т1 через регулирующий клапан подачи 7 поступает в патрубок циркуляции 2, расположенный на участке подмеса 5. Теплоноситель из контуров теплого пола 16 через коллектор 15 объединения циркулирующего теплоносителя и через патрубок возврата 6 теплоносителя поступает в участок подмеса 5.

На участке подмеса 5 расположен обратный клапан 13, который обеспечивает возврат низкотемпературного теплоносителя Т4 в патрубок циркуляции 2, но не позволяет теплоносителю подачи из высокотемпературной магистрали Т1 поступать в контуры теплого пола 16 со стороны патрубка возврата теплоносителя 6, в случае прекращения работы циркуляционного насоса 1. Теплоносители Т1 и Т4 объединяются в патрубке подмеса 2, смешиваются в циркуляционном насосе 1 и поступают в участок подачи 3. Через патрубок подачи 4 теплоноситель Т3 поступает в коллектор 14 распределения циркулирующего теплоносителя на вход контуров теплого пола 16. По мере прохождения теплоносителя через контуры теплого пола, отдавая тепло в помещения, температура теплоносителя снижается. Объединившись в коллекторе 15 теплоноситель Т4 поступает через патрубок возврата 6 в участок подмеса 5. Часть теплоносителя, возвратившегося из контуров 16 теплого пола, равная количеству теплоносителя, поступившего из высокотемпературной магистрали Т1, возвращается через регулирующий клапан возврата 10 в высокотемпературную магистраль Т2, а часть теплоносителя Т4 поступает через обратный клапан 13 в патрубок циркуляции 2 участка подмеса 5, где к нему, по мере необходимости, подмешивается теплоноситель с подачи из высокотемпературной магистрали Т1, поступающий через регулирующий клапан подачи 7.

Каждый регулирующий клапан, снабженный приводом с термодатчиком, работает как автономный пропорциональный регулятор расхода теплоносителя в зависимости от температуры термодатчика. При повышении температуры термодатчика привод воздействует на регулирующий клапан, уменьшая пропускную способность этого клапана. При понижении температуры термодатчика, привод воздействует на регулирующий клапан, увеличивая пропускную способность этого клапана.

Если температура подачи низкотемпературного теплоносителя Т3 превышает значение, установленное на приводе клапана возврата 8, регулирующий клапан подачи 7 закрывается, если, вышеуказанная температура ниже значения в частном случае 45°С, тогда регулирующий клапан подачи 7 открывается.

Таким образом, регулирующий клапан подачи 7, снабженный приводом 8, имеющим термодатчик 12, обеспечивает температуру подачи низкотемпературного теплоносителя Т3 не выше значения установленного на приводе 8.

Если температура возврата низкотемпературного теплоносителя Т4 превышает значение, установленное на приводе клапана возврата 11, регулирующий клапан подачи 10 закрывается, если вышеуказанная температура ниже значения в частном случае 30°С, тогда регулирующий клапан подачи 10 открывается.

Таким образом, регулирующий клапан возврата 10, снабженный приводом 11, имеющим термодатчик 9, обеспечивает температуру возврата низкотемпературного теплоносителя Т4 на уровне значения, установленного на приводе 11.

К особенностям частного случая реализации изобретения относятся преимущества:

1. При отключении одного или нескольких контуров теплого пола, управление системой низкотемпературного отопления не нарушается, так как управление всей системой происходит по температурам подачи Т3 и возврата Т4 низкотемпературного теплоносителя, поступающего из всех работающих контуров теплого пола 16.

2. При отключении или выходе из строя привода 11 клапана возврата 10, насосно-смесительный узел продолжает управлять системой низкотемпературного отопления, поддерживая постоянную температуру подачи низкотемпературного теплоносителя Т3 на значении, заданном на приводе 8 клапана подачи 7.

3. При отключении или выходе из строя привода клапана подачи 8, насосно-смесительный узел продолжает управлять системой низкотемпературного отопления, поддерживая постоянную температуру возврата низкотемпературного теплоносителя Т4 на значении, заданном на приводе 11 клапана возврата 10.

4. Если привод клапана подачи 8 установлен на клапан возврата 10, а привод клапана возврата 11 установлен на клапан подачи 7, насосно-смесительный узел работает в штатном режиме.

Вышеуказанные преимущества остаются и в случае, если насосно-смесительный узел и коллекторы 14 и 15 разнесены в разные места, и сообщаются между собой через трубопроводы.

Заявителем изготовлен опытный образец насосно-смесительного узла системы низкотемпературного отопления, что указывает на реализуемость изобретения.

Опытные испытания подтвердили возможность достижения поставленных задач: увеличение надежности работы насосно-смесительного узла, обеспечение возможности разнесения в разные места коллекторов и насосно-смесительного узла системы низкотемпературного отопления, а также упрощение ремонтоспособности насосно-смесительного узла системы низкотемпературного отопления.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного насосно-смесительного узла системы низкотемпературного отопления, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна». Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от ближайшего аналога признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствуют условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Перечисленные признаки отличают предлагаемое техническое решение от прототипа и обуславливают соответствие этого решения требованиям изобретения.

Изобретение относится к насосно-смесительным узлам системы низкотемпературного отопления для изменения теплопередачи (температурного режима теплоносителя), ее увеличения или уменьшения и предназначено для обеспечения комфортного и экономичного теплоснабжения как всего здания, так и отдельных блоков помещений, а именно для системы «теплый пол». Технические задачи, на решение которых направлено изобретение, заключается в увеличении надежности работы насосно-смесительного узла, в обеспечении возможности разнесения в разные места коллекторов и насосно-смесительного узла низкотемпературной системы отопления, а также в упрощении ремонтоспособности насосно-смесительного узла системы низкотемпературного отопления. Технический результат изобретения достигается за счет того, что насосно-смесительный узел системы низкотемпературного отопления, имеющий циркуляционный насос, объединяющий через патрубки циркуляции участок подачи, совмещенный с патрубком подачи, и участок подмеса, совмещенный с патрубком возврата, при этом насосно-смесительный узел сообщен с высокотемпературной магистралью через регулирующий клапан подачи и регулирующий клапан возврата, каждый из которых снабжен приводом, имеющим термодатчик, регулирующий клапан подачи расположен на участке подмеса у патрубка циркуляции, обратный клапан расположен на участке подмеса, между патрубком циркуляции и патрубком возврата. Новым является то, что один из термодатчиков размещен между патрубком циркуляции участка подмеса и патрубком возврата теплоносителя системы низкотемпературного отопления. 2 ил.

Насосно-смесительный узел системы низкотемпературного отопления, имеющий циркуляционный насос, объединяющий через патрубки циркуляции участок подачи, совмещенный с патрубком подачи, и участок подмеса, совмещенный с патрубком возврата, при этом насосно-смесительный узел сообщен с высокотемпературной магистралью через регулирующий клапан подачи и регулирующий клапан возврата, каждый из которых снабжен приводом, имеющим термодатчик, регулирующий клапан подачи расположен на участке подмеса у патрубка циркуляции, обратный клапан расположен на участке подмеса, между патрубком циркуляции и патрубком возврата, регулирующий клапан возврата расположен на участке подмеса, между обратным клапаном и патрубком возврата, отличающийся тем, что один из термодатчиков расположен между патрубком циркуляции участка подмеса и патрубком возврата теплоносителя системы низкотемпературного отопления.