Система теплоснабжения и способ организации ее работы Российский патент 2024 года по МПК F24D3/02 

Группа изобретений относится к энергетике, в частности к системам теплоснабжения.

Известен индивидуальный тепловой пункт для организации в нем импульсного режима течения с применением мембранного насоса для смешения теплоносителя, который является близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению. Индивидуальный тепловой пункт с мембранным насосом содержит подающий и обратный трубопроводы, два односекционных мембранных насоса, состоящие из насосной и рабочей камер, соединенные жестким штоком и являющихся левой и правой секциями мембранного насоса. Механический механизм переключения ударных клапанов с одной стороны соединен с жестким штоком, а с другой стороны - с правым и левым ударными клапанами. Отопительный прибор в виде пластинчатого теплообменника. На входе индивидуального теплового пункта установлен импульсный распределитель потока, включающий правый и левый клапаны импульсного распределителя потока, правый и левый штоки импульсного распределителя потока, кулачек импульсного распределителя потока, соединенный не жестко с электроприводом. К входу импульсного распределителя потока подключен подающий трубопровод, а его выходы соединены с рабочими камерами левой и правой секции мембранного насоса через подающие патрубки. Дополнительно введен второй отопительный прибор в виде пластинчатого теплообменника. Каждая секция мембранного насоса связана только со своим отопительным прибором. К правой секции мембранного насоса подключен первый отопительный прибор. К левой секции мембранного насоса - второй отопительный прибор. Вход первого отопительного прибора подключен одновременно к рабочей камере правой секции мембранного насоса через правый ударный клапан и насосной камере правой секции мембранного насоса через нагнетательный обратный клапан правой секции. Вход второго отопительного прибора подключен одновременно к рабочей камере левой секции мембранного насоса через левый ударный клапан и насосной камере левой секции мембранного насоса через нагнетательный обратный клапан левой секции. Выходы отопительных приборов подключены одновременно к обратному трубопроводу и соответственно к насосным камерам правой или левой секциям мембранного насоса через нагнетательные обратные клапаны рециркуляции и всасывающие обратные клапаны правой или левой секций (RU 183885, МПК F24D 3/02, опубл. 08.10.2018).

Недостатками индивидуального теплового пункта является ограниченное применение (только в системах отопления без теплообменников горячего водоснабжения (ГВС) и узкий диапазон регулирования расхода теплоносителя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является система теплоснабжения включающая, подающий трубопровод, потребитель в виде отопительных приборов и теплообменников ГВС, обратный трубопровод, два импульсных распределителя потока с боковыми отводами, соединенных с общим электроприводом, подключенные к одному подающему трубопроводу. К входам импульсных распределителей потока с боковыми отводами подключен параллельно подающий трубопровод. Два односекционных мембранных насоса состоящих из правой и левой секций, а каждая секция включает рабочие и насосные камеры, соединенные жестким штоком. Каждая рабочая камера соединена с боковым отводом импульсного распределителя потока. Каждая насосная камера, соответственно правой или левой секции мембранного насоса через всасывающие обратные клапаны и нагнетательные обратные клапаны соединены со своим потребителем, а последние через предохранительные обратные клапаны и обратному трубопроводу с тепловой сетью. К выходу импульсных распределителей потока с боковыми отводами параллельно подключены отопительные приборы и теплообменники горячего водоснабжения через регуляторы расхода горячей воды.

Сущность способа организации работы такой системы теплоснабжения, заключается в заборе горячего теплоносителя из тепловой сети через подающий трубопровод, периодическом распределении горячего теплоносителя на два независимых контура импульсным распределителем потока с ударными клапанами во входном и выходном отверстиях и боковыми отводами за счет электропривода, создании периодических пульсаций горячего и охлажденного теплоносителя двумя секциями мембранного насоса, соединенных штоком за счет использования перепада давления между горячим и охлажденным теплоносителями, а так же генерируют гидравлический удар, энергию которого используют для уменьшения запаздывания скорости штока по отношению к силе давления в конечных его положениях, перераспределении пульсирующего потока теплоносителя между параллельно включенными отопительными приборами и теплообменниками ГВС в зависимости от заданного расхода на регуляторах ГВС, передачи тепла горячего и охлажденного теплоносителя окружающему воздуху и подогреваемой в теплообменниках ГВС воде, возвращении охлажденного теплоносителя в тепловую сеть через обратный трубопровод, защите отопительных приборов и теплообменников ГВС от повышенного давления в обратном трубопроводе через предохранительные обратные клапаны (RU 2716545, МПК F24D 3/00, F24D 17/00, опубл. 12.03.2020).

Недостатками система теплоснабжения являются не большая разница между температурой горячей и охлажденной воды, пропускаемой периодически через отопительные приборы, ограниченный диапазон регулирования расхода горячей воды из-за внешнего задания частоты импульсному распределителю потока, образование застойных зон в рабочих камерах из-за удаленности импульсного распределителя потока, а также использование электрической энергии на его привод.

Технический результат заключается в повышении эффективности работы потребителей (отопительных приборов и теплообменников ГВС) системы теплоснабжении за счет более глубокого использования потенциала теплоносителя (температура и давление) на частоте пульсаций двухсекционного мембранного насоса, автоматически корректируемой в зависимости от располагаемого напора, определяемого температурой наружного воздуха.

Сущность изобретения заключается в том, что система теплоснабжения включает потребитель в виде отопительных приборов и двух теплообменников ГВС, подающий трубопровод, по которому горячий теплоноситель из теплосети подается потребителю, обратный трубопровод, по которому охлажденный теплоноситель возвращается в тепловую сеть, два односекционных мембранных насоса являющихся левой и правой секциями, каждая секция разделена диафрагмами на насосные и рабочие камеры, диафрагмы соединены между собой жестким штоком, входы отопительных приборов подключены к насосным камерам правой или левой секциям мембранного насоса через нагнетательные обратные клапаны правой или левой секций, теплообменники горячего водоснабжения, подключены последовательно по подогреваемой воде и являющиеся теплообменниками первой и второй ступенью нагрева, рабочие камеры оборудованы впускными и выпускными клапанами, которые связаны механически с мембранами через переключающие устройства впускных и выпускных клапанов, каждая секция мембранного насоса связана с обеими отопительными приборами, посредством того, что выходы отопительных приборов, всасывающие обратные клапана и обратный клапан соединены через первую ступень теплообменника горячего водоснабжения, при этом на входе в теплообменник горячего водоснабжения второй ступени установлен регулятор расхода подогреваемой воды, а на входе подающего трубопровода установлен регулятор погодного регулирования, связанного с контрольным теплообменником, установленным на байпасе обратного трубопровода параллельно вентилю.

Сущность способа организации работы системы теплоснабжения, заключается в заборе горячего теплоносителя из тепловой сети через подающий трубопровод, периодическом распределении горячего теплоносителя на два зависимых контура системой впускных и выпускных клапанов с переключающими устройствами и механическим приводом от диафрагм, создании периодических пульсаций горячего и охлажденного в первой ступени горячего водоснабжения смешанного после первого и второго прохода через отопительные приборы теплоносителя двумя секциями мембранного насоса, соединенных штоком за счет использования перепада давления между горячим и охлажденным теплоносителями, а так же генерируют гидравлический удар, энергию которого используют для ускорения заполнения рабочих камер и придания начального импульса движения диафрагмам, предварительный нагрев подогреваемой воды в теплообменнике горячего водоснабжения первой ступени за счет пропуска через него смешанного после первого и второго прохода через отопительные приборы теплоносителя, передачи тепла горячего и охлажденного теплоносителя окружающему воздуху и подогреваемой в теплообменниках горячего водоснабжения воде, возвращении охлажденного теплоносителя в тепловую сеть через обратный трубопровод, при этом окончательный нагрев подогреваемой воды во второй ступени теплообменника горячего водоснабжения обеспечивают регулированием расхода горячего теплоносителя регулятором, подаваемого независимо от двухсекционного мембранного насоса, а частота пульсаций последнего задается перепадом давления между подающим и обратным трубопроводами и корректируется в зависимости от температуры наружного воздуха.

На чертеже изображена схема системы теплоснабжения.

Система теплоснабжения включает подающий трубопровод 1, по которому горячий теплоноситель из тепловой сети (на чертеже не показана) подается потребителю в составе отопительных приборов 2,3 и теплообменников ГВС 4,5, обратный трубопровод 6, по которому охлажденный теплоноситель возвращается в тепловую сеть, два односекционных мембранных насоса 7,8, мембраны 9 и 10 которых соединены через шток 11. Каждый из односекционных мембранных насоса 7,8 состоит из рабочих 12,13 и насосных камер 14,15. Рабочие камеры оборудованы впускными 16, 17 и выпускными 18,19 клапанами, которые связаны механически с мембранами через переключающие устройства впускных 20,21 и выпускных 22,23 клапанов. К впускным клапанам 16,17 подключен подающий трубопровод 1 через регулятор погодного регулирования 30, а к выпускным клапанам 18,19 подключены параллельно отопительные приборы 2, 3 и насосные камеры 14,15. Каждая насосная камера 14,15 соединена гидравлически со своим отопительным прибором 2 или 3 со стороны нагнетания через обратный клапан 24 или 25, а со стороны всасывания через обратный клапан 26 или 27, первую ступень теплообменника ГВС 4 и параллельно с обратным трубопроводом 6 через обратный клапан 28. Первая 4 и вторая 5 ступени теплообменников ГВС соединены последовательно по подогреваемой воде, а на входе в теплообменник ГВС второй ступени 5 установлен регулятор расхода подогреваемой воды 29. При этом регулятор погодного регулирования 30, связан с контрольным теплообменником 31, установленным на байпасе обратного трубопровода 6 параллельно вентилю 32.

Способ организации работы системы теплоснабжения, включает забор горячего теплоносителя из тепловой сети (на чертеже не показана) через подающий трубопровод 1, периодическом распределении горячего теплоносителя на два зависимых контура системой впускных 16,17 и выпускных 18,19 клапанов с переключающими устройствами впускных 20,21 и выпускных 22,23 клапанов и механическим приводом от диафрагм 9,10, создании периодических пульсаций горячего и охлажденного в первой ступени ГВС 4 смешанного после первого и второго прохода через отопительные приборы 2,3 теплоносителя двумя секциями мембранного насоса, соединенных штоком 11 за счет использования перепада давления между горячим и охлажденным теплоносителями, а так же генерируют гидравлический удар, энергию которого используют для ускорения заполнения рабочих камер и придании начального импульса движения диафрагмам, предварительный нагрев подогреваемой воды в теплообменнике ГВС 4 первой ступени за счет пропуска через него смешанного после первого и второго прохода через отопительные приборы 2,3 теплоносителя, передачи тепла горячего и охлажденного теплоносителя окружающему воздуху и подогреваемой в теплообменниках ГВС воде, возвращении охлажденного теплоносителя в тепловую сеть через обратный трубопровод 6, при этом окончательный нагрев подогреваемой воды во второй ступени теплообменника ГВС 5 обеспечивают регулированием расхода горячего теплоносителя регулятором 29, подаваемого независимо от двухсекционного мембранного насоса, а частота пульсаций последнего задается перепадом давления между подающим и обратным трубопроводами и корректируется в зависимости от температуры наружного воздуха.

Система теплоснабжения работает следующим образом. Сначала обеспечивают соединение подающего трубопровода 1 и обратного трубопровода 6, соответственно с подающим 1 и обратным 6 трубопроводом тепловой сети (на чертеже не указана). После этого, осуществляют подачу горячего теплоносителя в систему теплоснабжения до создания давления, равного в обратном трубопроводе 6. В начальный момент времени в зависимости от положения диафрагм 9,10, впускной клапан 16 левой рабочей камеры 12, например, открыт, а выпускной клапан 17 правой рабочей камеры закрыт благодаря их фиксации переключающим устройствам впускных 20,21 и выпускных 22,23 клапанов, механически связанных с мембранами 9,10. При таком положении клапанов рабочих секций двухконтурного мембранного насоса горячий теплоноситель через открытый впускной клапан 16 поступает в рабочую камеру 12 и совершает работу диафрагмы 9 перемещая шток 11 слева направо за счет разности давлений в левой 12 и правой 13 рабочими камерами, вытесняя горячий теплоноситель из правой 13 рабочей камеры через открытый выпускной клапан 19 отопительный прибор 3, где он отдает тепло окружающей среде, а далее на вход теплообменника ГВС первой ступени 4, одновременно слева на вход этого теплообменника поступает охлажденный теплоноситель из левой насосной 14 камеры проходящий через отопительный прибор 2, далее они смешиваясь проходят теплообменник ГВС 4 первой ступени нагрева отдавая тепло подогреваемой воде возвращающейся из рециркуляционного трубопровода (на чертеже на показан), после первой ступени теплообменника ГВС 4 одна часть охлажденного теплоносителя с двух контуров всасывается правой насосной камерой 15 через всасывающий обратный клапан 27, а вторая часть отводится в обратный трубопровод 6 через обратный клапан 28. При достижении мембран 9,10 крайнего правого положения, произойдет срабатывание переключающих устройств впускных 20,21 и выпускных 22,23 клапанов, связанных механически с мембранами 9,10 в результате чего последние резко переключаться, так, что соответственно левый впускной клапан 16 закроется а правый впускной 17 откроется, а левый выпускной клапан 18 откроется, а правый выпускной 19 закроется. При таком положении клапанов рабочих секций двухконтурного мембранного насоса горячий теплоноситель через открытый впускной клапан 17 поступает в рабочую камеру 13 и совершает работу диафрагмы 10 перемещая шток 11 справа налево за счет разности давлений в правой 13 и левой 12 рабочими камерами, вытесняя горячий теплоноситель из левой 12 рабочей камеры через открытый выпускной клапан 18 отопительный прибор 2, где он отдает тепло окружающей среде, а далее на вход теплообменника ГВС первой ступени, одновременно справа на вход этого теплообменника поступает охлажденный теплоноситель из правой насосной 15 камеры через нагнетательный обратный клапан 25, далее они смешиваясь, проходят первую теплообменник ГВС 4, отдавая тепло подогреваемой воде возвращающейся из рециркуляционного трубопровода (на чертеже на показан), после первой ступени теплообменника ГВС 4 одна часть охлажденного теплоносителя с двух контуров всасывается левой насосной камерой 14 через всасывающий обратный клапан 26, а вторая часть отводится в обратный трубопровод 6 через обратный клапан 28. Причем через каждый отопительный прибор 2,3 периодически пропускают, то горячий теплоноситель, то смешанный после первого и второго прохода через отопительные приборы 2,3 теплоноситель и охлажденный в первой ступени 4 теплообменника ГВС. Резкое закрытие левого 16 впускного клапана приведет к гидравлическому удару, повышенная волна давления которого будет способствовать заполнению правой 13 рабочей камеры и ускорять движение мембраны 10 в начальный момент времени, когда она находится в крайнем правом положении. При достижении диафрагм 9,10 крайнего левого положения, произойдет переключение клапанов и процессы будут аналогичными. При запаздывании регулирования температуры теплоносителя в подающем трубопроводе по графику качественного регулирования относительно быстрых изменениях температуры наружного воздуха (более 1°С в минуту) температура охлажденного теплоносителя на выходе из контрольного теплообменника 31 будет изменяться и погодный регулятор 30 будет вносить корректировку расхода горячего теплоносителя изменением частоты двухсекционного мембранного насоса.

Производительность двухсекционного мембранного насоса системы теплоснабжения определяется частотой пульсаций двухсекционного мембранного насоса, которая задается перепадом давления между подающим и обратным трубопроводами и корректируется в зависимости от температуры наружного воздуха. Используемый перепад давления между подающим и обратным трубопроводами на привод двухсекционного мембранного насоса составляет 50-100 кПа. Рабочий диапазон частот двухсекционного мембранного насоса составляет 0,5-2,5 Гц.

Группа изобретений относится к энергетике, в частности к системам теплоснабжения. Система теплоснабжения включает потребитель в виде отопительных приборов и двух теплообменников ГВС, подающий трубопровод, по которому горячий теплоноситель из теплосети подается потребителю, обратный трубопровод, по которому охлажденный теплоноситель возвращается в тепловую сеть, два односекционных мембранных насоса являющихся левой и правой секциями, каждая секция разделена диафрагмами на насосные и рабочие камеры, диафрагмы соединены между собой жестким штоком, входы отопительных приборов параллельно соединены с рабочими, а также с насосными камерами правой или левой секциями мембранного насоса через нагнетательные обратные клапаны правой или левой секций, теплообменники горячего водоснабжения, подключены последовательно по подогреваемой воде и являющиеся теплообменниками первой и второй ступенью нагрева, рабочие камеры оборудованы впускными и выпускными клапанами, которые связаны механически с мембранами через переключающие устройства впускных и выпускных клапанов, каждая секция мембранного насоса связана с обеими отопительными приборами, посредством того, что выходы отопительных приборов, всасывающие обратные клапана и обратный клапан соединены через первую ступень теплообменника горячего водоснабжения, при этом на входе в теплообменник горячего водоснабжения второй ступени установлен регулятор расхода подогреваемой воды, а на входе подающего трубопровода установлен регулятор погодного регулирования, связанного с контрольным теплообменником, установленным на байпасе обратного трубопровода параллельно вентилю. Способ организации работы системы теплоснабжения заключается в заборе горячего теплоносителя из тепловой сети через подающий трубопровод, периодическом распределении горячего теплоносителя на два зависимых контура системой впускных и выпускных клапанов с переключающими устройствами и механическим приводом от диафрагм, создании периодических пульсаций горячего и охлажденного в первой ступени горячего водоснабжения смешанного после первого и второго прохода через отопительные приборы теплоносителя двумя секциями мембранного насоса, соединенных штоком за счет использования перепада давления между горячим и охлажденным теплоносителями, а так же генерируют гидравлический удар, энергию которого используют для ускорения заполнения рабочих камер и придания начального импульса движения диафрагмам, предварительный нагрев подогреваемой воды в теплообменнике горячего водоснабжения первой ступени за счет пропуска через него смешанного после первого и второго прохода через отопительные приборы теплогосителя, передачи тепла горячего и охлажденного теплоносителя окружающему воздуху и подогреваемой в теплообменниках горячего водоснабжения воде, возвращении охлажденного теплоносителя в тепловую сеть через обратный трубопровод, при этом окончательный нагрев подогреваемой воды во второй ступени теплообменника горячего водоснабжения обеспечивают регулированием расхода горячего теплоносителя регулятором, подаваемого независимо от двухсекционного мембранного насоса, а частота пульсаций последнего задается перепадом давления между подающим и обратным трубопроводами и корректируется в зависимости от температуры наружного воздуха. Изобретение позволяет повысить эффективность работы потребителей (отопительных приборов и теплообменников ГВС) системы теплоснабжении за счет более глубокого использования потенциала теплоносителя (температура и давление) на частоте пульсаций двухсекционного мембранного насоса, автоматически корректируемой в зависимости от располагаемого напора, определяемого температурой наружного воздуха. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система теплоснабжения, включающая отопительные приборы подающий и обратный трубопроводы, два теплообменника горячего водоснабжения два односекционных мембранных насоса являющихся левой и правой секциями, каждая секция разделена диафрагмами на насосные и рабочие камеры, диафрагмы соединены между собой жестким штоком, каждая секция мембранного насоса связана с отопительным прибором, входы отопительных приборов параллельно соединены с рабочими, а также с насосными камерами правой или левой секциями мембранного насоса через нагнетательные обратные клапаны правой или левой секций, выходы отопительных приборов подключены одновременно к обратному трубопроводу и соответственно к насосным камерам правой или левой секциям мембранного насоса через всасывающие обратные клапаны правой или левой секций, отличающаяся тем, что каждая секция мембранного насоса связана со своим отопительным прибором, теплообменники горячего водоснабжения, подключены последовательно по подогреваемой воде и являющиеся теплообменниками первой и второй ступенью нагрева, рабочие камеры оборудованы впускными и выпускными клапанами, которые связаны механически с мембранами через переключающие устройства впускных и выпускных клапанов, выходы отопительных приборов, всасывающие обратные клапана и обратный клапан соединены через первую ступень теплообменника горячего водоснабжения, при этом на входе в теплообменник горячего водоснабжения второй ступени установлен регулятор расхода подогреваемой воды, а на входе подающего трубопровода установлен регулятор погодного регулирования, связанного с контрольным теплообменником, установленным на байпасе обратного трубопровода параллельно вентилю.

2. Способ организации работы системы теплоснабжения, заключающийся в заборе горячего теплоносителя из тепловой сети через подающий трубопровод, периодическом распределении горячего теплоносителя на два зависимых контура системой впускных и выпускных клапанов с переключающими устройствами и механическим приводом от диафрагм, создании периодических пульсаций горячего и охлажденного в первой ступени горячего водоснабжения смешанного после первого и второго прохода через отопительные приборы теплоносителя двумя секциями мембранного насоса, соединенных штоком за счет использования перепада давления между горячим и охлажденным теплоносителями, а так же генерируют гидравлический удар, энергию которого используют для ускорения заполнения рабочих камер и придании начального импульса движения диафрагмам, предварительный нагрев подогреваемой воды в теплообменнике горячего водоснабжения первой ступени за счет пропуска через него смешанного после первого и второго прохода через отопительные приборы теплоносителя, передачи тепла горячего и охлажденного теплоносителя окружающему воздуху и подогреваемой в теплообменниках горячего водоснабжения воде, возвращении охлажденного теплоносителя в тепловую сеть через обратный трубопровод, при этом окончательный нагрев подогреваемой воды во второй ступени теплообменника горячего водоснабжения обеспечивают регулированием расхода горячего теплоносителя регулятором, подаваемого независимо от двухсекционного мембранного насоса, а частота пульсаций последнего задается перепадом давления между подающим и обратным трубопроводами и корректируется в зависимости от температуры наружного воздуха.