Система отопления и горячего водоснабжения для двухконтурного котла Российский патент 2024 года по МПК F24H1/00 F24D3/08 

Область техники

Устройство относится к теплотехнике и может быть использовано при нагреве холодной воды для горячего водоснабжения (ГВС) на небольших промышленных предприятиях и в бытовых условиях при подключении к двухконтурному котлу.

Уровень техники

Из уровня техники известен бойлер косвенного нагрева, содержащий внутренний бак из нержавеющей стали с входным и выходным патрубками нагреваемой воды, который жёстко закреплён в наружном баке с входным и выходным патрубками греющей жидкости, теплоизоляцию, при этом наружный бак выполнен из нержавеющей стали и соединен с внутренним баком сварным соединением стенок (RU 181948, 2018 г.). Известны также другие типы бойлеров косвенного нагрева для приготовления горячей воды, например, содержащие змеевики, по которым движется теплоноситель. Всем им присущи одинаковые недостатки: имеют внушительные габариты, требуют постоянной циркуляции в системе ГВС и в системе отопления для быстрого получения горячей воды в кране потребителем.

Таким образом круглосуточно дублируется циркуляция, затрачивая энергию. Кроме этого, в большинстве случаев необходимо в режиме загрузки бойлера использовать теплоноситель большей температуры, чем, например, требуется для системы отопления, а это усложняет и удорожает всю систему отопления и горячего водоснабжения.

Известен двухконтурный настенный газовый котел, включающий в себя первичный теплообменник контура отопительной воды, газовую горелку, управляющий блок электронного регулирования, газовый вентиль, датчик температуры контура горячего водоснабжения, датчик давления контура отопительной воды, автоматический выпускной клапан, предохранительный клапан, вторичный теплообменник контура горячего водоснабжения, датчик протока воды контура ГВС, циркуляционный насос, подающую трубу контура отопительной воды, обратную трубу контура отопительной воды, подающую трубу контура горячего водоснабжения, обратную трубу контура горячего водоснабжения.

Причём вторичный теплообменник (контура ГВС) может быть вынесен отдельно и подключен через переключающий клапан (RU 112361, 2011 г.), а может выполнен единым блоком с первичным теплообменником (RU 58669, 2006 г.). В обоих случаях при открытии крана горячей воды потребителем проходит продолжительное время, прежде чем из крана потечёт горячая вода, поскольку котёл и кран потребителя находятся на определённом расстоянии - размещение газовых котлов в ванных комнатах и туалетах запрещено правилами безопасности.

Для устранения указанных недостатков двухконтурных котлов используется бойлер послойного нагрева, который может располагаться в любом месте без предъявления жёстких требований безопасности. Бойлер послойного нагрева, содержит корпус, теплоизолированный бак со входом холодной воды и выходом горячей воды из верхней части бака и циркуляционный насос, отличающийся тем, что в одном корпусе с баком размещен теплообменник, в который посредством циркуляционного насоса через патрубок подаётся холодная вода со дна бака, теплообменник через патрубки соединен с источником тепловой энергии, а патрубком возврата горячей воды - с внутренней верхней частью бака (RU 216247, 2022 г.). В описываемом устройстве теплообменник встроен в систему, и может быть исключён при наличии вторичного теплообменника в двухконтурном котле. Бойлер послойного нагрева в рабочем состоянии постоянно содержит достаточно большой объём нагретой воды и периодически восполняет её остывание включая циркуляционный насос, от движения потока воды включается котел по соответствующему датчику протока и прогревает воду, проходящую через вторичный теплообменник. Таким образом поддерживается дежурная температура в бойлере послойного нагрева. Вне зависимости от разбора воды, воду в бойлере необходимо подогревать, на что расходуется дополнительная энергия.

Вода содержит соли жёсткости и проходя через поверхности, нагреваемые до температуры выше 48-54°С (в разных источниках указан разный диапазон, но он в любом случае много больше, чем требуемая безопасная температура для хозяйственного использования находящаяся в пределах 38±5°С) образуется накипь, препятствующая нормальному теплообмену.

В связи с тем, что в описываемых выше устройствах для нагрева воды в системе горячего водоснабжения используется теплоноситель или непосредственно вода большой температуры, то в бойлерах косвенного нагрева накипь образуется на змеевике или стенках, в зависимости от устройства источника нагрева. В системах с использованием для нагрева воды вторичного теплообменника накипь образуется непосредственно в нём. А использование вторичного контура теплообменника с бойлером послойного нагрева, учитывая необходимость поддержания в нём определённой температуры и не используемой по назначению, например, в ночное время, приведёт к бесполезному износу (образованию накипи) элементов системы.

В качестве прототипа настоящего изобретения может послужить бойлер послойного нагрева.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение автоматизации процесса подогрева воды, поступающей из системы холодного водоснабжения с минимальными энергетическими и экономическими затратами, минимальным периодом от открытия крана потребителем до появления в кране горячей воды заданной температуры. При этом также решается задача минимизации расхода воды, а как следствие, уменьшается и объем канализационных стоков, что является проявлением экологической эффективности. Кроме этого, для продления срока службы работы теплообменника двухконтурного котла, подогрев горячей воды осуществляется до небольшой температуры, при которой образование накипи минимально.

Осуществление изобретения

Технический результат достигается за счёт подогрева теплоносителем системы отопления воды в двух последовательно соединённых буферных ёмкостях ГВС устройства поступающей из системы холодного водоснабжения; её перенаправления, при исчерпании запаса по температуре подогретой в первой буферной емкости ГВС, через вторичный теплообменник двухконтурного котла для подогрева перед поступлением во вторую буферную ёмкость ГВС и поступлении горячей воды из второй буферной ёмкости ГВС через термостабилизирующий трехходовой клапан к потребителю. При необходимости, для увеличения КПД нагрева воды может быть подключен циркуляционный насос системы ГВС увеличивающий проток через вторичный теплообменник котла и ускоряющий подогрев находящейся в обоих буферных ёмкостях ГВС воды. Возможно подключение и одновременная работа нескольких устройств параллельно. Всё устройство содержит теплоизоляцию по наружному контуру ёмкостей для предотвращения теплопотерь.

Перейдём к описанию «Системы отопления и горячего водоснабжения для двух контурного котла». Устройство содержит не менее двух ёмкостей системы горячего водоснабжения 5 и 6, контактирующих через стенки с нагревающим их теплоносителем системы отопления, заключённым в третью ёмкость 7 или трубы 8. Патрубки каждой из двух ёмкостей горячего водоснабжения соединены между собой управляемым по заданной температуре байпасом 9, либо трёхходовым переключающим краном, и подключены к вторичному теплообменнику двухконтурного котла 20. Два других патрубка ёмкостей горячего водоснабжения соединены с системой холодного водоснабжения 13 и трёхходовым термостатическим клапаном 11 для подачи на точку разбора 12 воды постоянной температуры. Все подключения осуществляются с учётом направления движения воды при подключении к двухконтурному котлу. Кроме этого, эти патрубки могут быть использованы для подключения циркуляционного насоса 24 системы горячего водоснабжения включение которого синхронизировано с управляемым байпасом или трёхходовым переключающим краном. К одному двухконтурному котлу может быть подключено несколько таких устройств параллельно. Всё устройство содержит теплоизоляцию по наружному контуру ёмкостей.

Вода, находящаяся в первой 5 и второй 6 буферных ёмкостях ГВС подогревается через общие стенки от теплоносителя системы отопления, заключённого в ёмкость 7 или трубы 8. При прогреве до заданной настройками температуры по датчику 10 открывается байпас 9 или соответствующим образом переключается трёхходовой кран открывая проход теплоносителя из первой 5 во вторую 6 ёмкости. При открытии крана потребителем подогретая вода под действием давления холодной воды 13 поступает через первую ёмкость ГВС 5, байпас 9, вторую ёмкость ГВС 6, термостатический клапан 11 к потребителю 12. Постепенно, по мере разбора воды в первой 5 и второй 6 ёмкостях снижается температура за счёт подмеса поступающей холодной воды из системы ХВС 13. При достижении заданной температуры на датчике 10 устройство подаёт сигнал на закрытие байпаса или переключение трёхходового крана и вода из первой ёмкости 5 начинает поступать во вторичный теплообменник 20 двухконтурного когла 1. Срабатывает датчик протока 22 и переключается трёхходовой кран 23 на циркуляцию теплоносителя через вторичный теплообменник 20. Теплоноситель циркулирует по кругу: насос системы отопления 21, первичный теплообменник 19, трёхходовой кран 23, вторичный теплообменник 20. Вода системы ГВС проходя через вторичный теплообменник 20 подогревается и поступает во вторую ёмкость 6 устройства, после чего попадает через термостатический клапан 11 потребителю 12. Объём ёмкостей может быть подобран таким образом, что, например, для мытья рук будет достаточно подогретой в устройстве воды и не потребуется включение нагрева воды при помощи вторичного теплообменника котла. При продолжительном расходе воды устройство автоматически и незаметно для потребителя подключит вторичный теплообменник котла для нагрева воды системы ГВС. Причём для повышения КПД нагрева воды вторичным теплообменником возможно использовать подключение циркуляционного насоса системы ГВС 24 для подогрева воды в первой 5 и второй 7 ёмкостях. Управление включением насоса происходит от того же датчика 10, что и переключение байпаса 9 или трёхходового крана.

Устройство располагается в непосредственной близости от точки потребления горячей воды и может находиться на значительном расстоянии от котла. Устройство может быть исполнено в разных вариантах. Например, для исполнения сугубо заявленных функций - обведено пунктиром 2 на рисунке, объединено со змеевиком 14 санузла - обведено пунктиром 3 на рисунке или объединено с системой низкотемпературного отопления - обведено пунктиром 4. В последнем варианте ёмкость системы отопления 7 имеет больший объём и используется для аккумуляции нагретого теплоносителя при повторно циклическом нагреве по датчику температуры от котла. Теплоноситель в низкотемпературной системе циркулирует при помощи циркуляционного насоса 18. Из буферной ёмкости отопления 7 теплоноситель поступает в трёхходовой термосмесительный клапан системы отопления 15, где температура теплоносителя регулируется при помощи подмеса охлажденного теплоносителя, поступающего после насоса в зависимости от данных датчика температуры 17 расположенного в низкотемпературной системе после прохождения через отопительные радиаторы 16.

Приведённые варианты исполнения устройства могут быть использованы одновременно при параллельном подключении.

Устройство «Система отопления и горячего водоснабжения для двухконтурного котла» образует единый изобретательный замысел и решает поставленные задачи.

Приведенные выше отличительные признаки являются новыми по сравнению с прототипом, поэтому изобретение соответствует критерию «новизна».

Патентные исследования показали, что в изученном уровне техники отсутствуют аналогичные технические решения, т.е. заявляемое техническое решение не следует явным образом из изученного уровня техники и таким образом соответствует критерию «изобретательский уровень».

Данное техническое решение может быть воспроизведено промышленным способом, следовательно, оно соответствует критерию «промышленная применимость».

Описание чертежей

Сущность предлагаемого изобретения поясняется рисунками на фиг. 1, где изображены варианты и схемы подключения системы отопления и горячего водоснабжения для двухконтурного котла и приведены следующие обозначения:

1. Котёл двухконтурный;

2. Устройство, содержащее три буферные ёмкости, объединённые общими стенками для осуществления теплопередачи и схема подключения всех компонентов;

3. Устройство, содержащее две буферные ёмкости ГВС с проходящими внутри трубами системы отопления и схема подключения всех компонентов;

4. Устройство, содержащее три буферные ёмкости, объединённые общими стенками для осуществления теплопередачи и схема подключения всех компонентов, причём ёмкость отопления используется как буферная для низкотемпературной системы отопления;

5. Первичная буферная ёмкость контура ГВС;

6. Вторичная буферная ёмкость контура ГВС;

7. Буферная ёмкость контура отопления;

8 Трубы системы отопления, проходящие внутри буферных ёмкостей ГВС;

9. Управляемый байпас или переключающий трёхходовой кран;

10 Датчик температуры для управления управляемым байпасом;

11 Трёхходовой термостатический клапан контура ГВС;

12 Выход подключения потребителей для разбора горячей воды;

13 Подключение устройства к системе ХВС;

14. Змеевик системы отопления;

15. Трёхходовой термостатический клапан для низкотемпературной системы отопления;

16. Радиаторы низкотемпературной системы отопления;

17. Датчик температуры обратного потока низкотемпературной системы отопления;

18. Насос низкотемпературной системы отопления;

19. Первичный теплообменник двухконтурного котла;

20. Вторичный теплообменник двухконтурного котла;

21. Насос двухконтурного котла;

22. Датчик протока контура ГВС;

23. Трёхходовой переключающий кран двухконтурного котла;

24. Место подключения циркуляционного насоса системы ГВС для повышения КПД нагрева горячей воды (подключается при необходимости).

Коричневым (красным) цветом выделены элементы контура отопления. Зеленым цветом выделены элементы контура ГВС. Синим цветом выделены элементы контура ХВС.

Устройство относится к теплотехнике и может быть использовано при нагреве холодной воды для горячего водоснабжения (ГВС) на небольших промышленных предприятиях и в бытовых условиях при подключении к двухконтурному котлу. Система отопления и горячего водоснабжения для двухконтурного котла представляет собой устройство, содержит не менее двух ёмкостей системы горячего водоснабжения, контактирующих через стенки с нагревающим их теплоносителем системы отопления, заключённым в третью ёмкость или трубы, патрубки каждой из двух ёмкостей горячего водоснабжения соединены между собой управляемым по заданной температуре байпасом либо трёхходовым переключающим краном и подключены к вторичному теплообменнику двухконтурного котла, два других патрубка ёмкостей горячего водоснабжения соединены с системой холодного водоснабжения и трёхходовым термостатическим клапаном для подачи на точку разбора воды постоянной температуры, все подключения осуществляются с учётом направления движения воды при подключении к двухконтурному котлу, кроме этого, эти патрубки могут быть использованы для подключения циркуляционного насоса системы горячего водоснабжения, включение которого синхронизировано с управляемым байпасом или трёхходовым переключающим краном, причем к одному двухконтурному котлу может быть подключено несколько таких устройств параллельно, всё устройство содержит теплоизоляцию по наружному контуру ёмкостей. Технический результат заключается в автоматизации процесса подогрева воды, поступающей из системы холодного водоснабжения с минимальными энергетическими и экономическими затратами, минимальным периодом от открытия крана потребителем до появления в кране горячей воды заданной температуры. 1 ил.

Система отопления и горячего водоснабжения для двухконтурного котла представляет собой устройство, отличающееся тем, что содержит не менее двух ёмкостей системы горячего водоснабжения, контактирующих через стенки с нагревающим их теплоносителем системы отопления, заключённым в третью ёмкость или трубы, патрубки каждой из двух ёмкостей горячего водоснабжения соединены между собой управляемым по заданной температуре байпасом либо трёхходовым переключающим краном и подключены к вторичному теплообменнику двухконтурного котла, два других патрубка ёмкостей горячего водоснабжения соединены с системой холодного водоснабжения и трёхходовым термостатическим клапаном для подачи на точку разбора воды постоянной температуры, все подключения осуществляются с учётом направления движения воды при подключении к двухконтурному котлу, кроме этого, эти патрубки могут быть использованы для подключения циркуляционного насоса системы горячего водоснабжения, включение которого синхронизировано с управляемым байпасом или трёхходовым переключающим краном, причем к одному двухконтурному котлу может быть подключено несколько таких устройств параллельно, всё устройство содержит теплоизоляцию по наружному контуру ёмкостей.