Система водяного отопления с естественной циркуляцией Советский патент 1993 года по МПК F24D3/00 

Изобретение относится к области строительства, а более конкретно к системам отопления гражданских зданий.

Цель изобретения - повышение эффективности регулирования работы устройства при одновременном снижении материалоем- кости.

Взаимосвязь новых элементов в системе позволяет создавать в главном стояке регулируемую часть теплоносителя - воды в виде пара, который на высоте в пределах трубчатого электронагревателя образует парожидко- стную смесь, создающую эффект циркуляции теплоносителя в контуре по парлифтному принципу. В процессе парообразования вокруг трубчатого электронагревателя создается Г1арожидкостная смесь, средняя плотность которой намного меньше, чем теплоноситель в жидком состоянии в стояках с приборами системы отопления. В силу разности плотностей теплоносителя в стояках с приборами системы отопления и в главном стояке в

пределах высоты трубчатого электронаг- ревателя образуется дополнительное пар- лифтное давление во всем циркуляционном контуре системы отопления. Выбором же высоты и мо.щности трубчатого электронагревателя с насадками указанной формы можно достичь различной величины дополнительного парлифт- ного циркуляционного давления, способного исключить вообще циркуляционный насос в системе отопления. Например, если в системе отопления мощностью 325,6 кВт с температурой теплоносителя в подающей магистрали 105°С и обратной 70°С из общего расхода по главному стояку 8 т/ч (примерно 8 м3/ч) будет превращено в пар 2 кг/ч, занимающих, объем примерно 2 м3, то средняя плотность смеси будет равна (плотность пара до 0,7 атм менее 1 кг/м3):

СО

о ю

ю

СП

Pn Vn +PTB Vrn

CM vn-TvrB- 2 + 955 7,998

2 + 7,998

764 кг/м°

Тогда для создания потребного парлифтно- го циркуляционного давления, равновеликого насосному 1200 мм в ст., достаточно устроить в главном стояке отопления трубчатый электронагреватель высотой 1200:(978-764)5,6 м . Эта высота может быть уменьшена за счет уменьшения средней плотности парожидкостной смеси теплоносителя. При этом обычно устанавливаемой мощности электронагревателя для работы насоса достаточно и для работы трубчатого электронагревателя, преобразующего воду в пар. В рассматриваемом варианте для реального примера она составит

2 540 1.163 ,25кВт

Характерно, что повышение температуры воды в результате парлифтного нагрева составит всего: 1250 0,86:8000 0,13°С.

Повышение эффективности регулирования достигается не только за счет использования того же теплоноситеся, но в парообразной фазе, являющегося пожаров- зрывобезопасным, но и за счет возможности более универсального регулирования величины парлифтного циркуляционного давления в зависимости от температурного перепада температур внутреннего и наружного воздуха по всему графику регулирования. Иначе, при более низких температурах наружного воздуха парлифтное циркуляционное давление может быть большим, а с повышением наружной температуры оно может снижаться и быть равным нулю в конце либо начале отопительного сезона. Кроме того по сравнению с прототипом такое устройство значительно меньшей материа- лоемкости, во-первых, за счет практически полного исключения параллельного контура с игольчатым клапано м, а во-вторых, сам теплообменник с насадками намного меньших размеров, т.к. поверхностный теплообмен в теплообменнике предложенного устройства намного интенсивнее, чем по прототипу. Таким образом, предложенные новые элементы и их взаимосвязь в системе отопления, позволяют более глубоко и качественно осуществить процесс регулирования работы системы отопления при ее эксплуатации, что направлено на улучшение теплопередающей возможности и снижение общей материалоемкости, при этом одновременно снижается также прямая мате- риалоемкость за счет исключения отдельных элементов, имеющихся в прототипе. На фиг. 1 представлена схема системы

отопления; на фиг.2 - узел I на фиг.1.

Система отопления содержит источник теплоты 1, главный стояк 2, подающую 3 и обратную 4 магистрали, которые соединены с расширительным баком 5 и нагревательными приборами 6 на стояках. Кроме того внутри главного стояка 2 на выходе из источника тепла 1 установлен усилитель циркуляции воды 7, который связан с регулятором тока 8 и разности температур 9

цепями управления 10. Усилитель циркуляции воды 7 (узел А на фиг.2) включает в себя линейный трубчатый электронагреватель 11, на наружной поверхности которого жестко установлены насадки 12 в виде полых

усеченных конусов с радиальными отверстиями 13 у меньшего основания их окружности, концентрично основаниям. Сами насадки 12 установлены по вертикали друг относительно друга с равным шагом, причем меньшим основанием усеченного конуса к теплогенератору 1. Трубчатый электронагреватель 11 своими концами соединен с регулятором тока 8, который изменяет силу тока в зависимости от регулятора

разности температур 9 по данным датчиков температуры внутреннего и наружного воздуха.

Система отопления работает следующим образом. Подогретая вода до необходимой температуры в источнике тепла 1 по главному стояку 2 поднимается вверх, затем поступает в распределительную магистраль 3. Расширительный бак 5 служит для вмещения расширяющейся части воды при нагреее и . воздухоудаления. Опускаясь по стоякам с приборами 6, вода вследствие охлаждения в приборах, компенсирует теп- лопотери помещений, после чего поступает в обратную магистраль 4 и источник теплоты

1, затем циркуляционный цикл повторяется. Для увеличения циркуляции в главном стояке 2 установлен усилитель циркуляции воды 7, образующий по вертикали между наружной поверхностью трубчатого электронагревателя 11 и внутренней поверхностью насадки 12 паровую фазу теплоносителя, верхняя часть которого после каждой насадки 12 у большего ее основания приближается к форме выпуклого

мениска либо к плоской окружности в зависимости от поступающей силы тока, от регу- лятора 8 на концы трубчатого электронагревателя 11, величина которого предопределяется температурным перепа дрм между внутренним и наружным воздухом по показаниям датчиков температур с использованием регулятора разности температур 9. Радиальные отверстия 13 в насадках обеспечивают поступление теплоносителя в определенных дозах рас- хода, достаточных для устойчивого образования паровых образований между трубчатым электронагревателем 11 и внутренней поверхностью насадки 12.

Таким образом, по высоте трубчатого электронагревателя 11 вокруг него образуется вертикальный паровой шнур, по форме близкий к цилиндрическому с переменным профилем, находящимся в равновесном состоянии с окружающей его водой. В результате этого образуется в пределах высоты трубчатого нагревателя в главном стояке парожидконосителя смесь намного меньшей плотности, которая совместно с охлажденным теплоносителем в стояках с приборами и образует дополнительное парлифтное циркуляционнное давление. Паровая фаза в воде является неустойчивой, а при перемещении пузырька пара мгновенно в результате конденса- ции переходит в исходное состояние, что объясняется не только очень большим коэффициентом теплоперехсда, но и многократ- ным уменьшением объема пара при конденсации в пределах гидростатического давления, свойственного системам отопления.

Технико-экономическая эффективность

Формула изобре Система водяного отопл венной циркуляцией, содер ненные в единый контур ист главный стояк, распределите ную магистрали, расширите гревательные приборы циркуляции воды, ра.змещен стояке, отличающаяся т дополнительно содержит рег разности температур с цепям при этом усилитель циркуляц нен в виде линейного трубчат вателя с размещенными на в виде усеченных конусов с о поверхности, расположенны причем конусы меньшим осн щены к источнику теплоты и равным шагом относительно линейный трубчатый элект цепями управления связан с

использования предложенной системы заключается в повышении эффективности ре- 35 тока и разности температур, гулирования работы системы отопления,/Г

&

3

как более глубокого и безопасного по сравнению с прототипом, а также в возможности не только уменьшить материалоемкость за счет исключения параллельного контура с игольчатым регулятором, но и уменьшить диаметры труб всей системы созданием большего и регулируемого циркуляционного давления по продолжительности всего отопительного периода. По сравнению с прототипом снижение материалоемкости системы может быть достигнуто на 10- 12,5%.

Формула изобретения Система водяного отопления с естественной циркуляцией, содержащая соединенные в единый контур источник теплоты, главный стояк, распределительную и обратную магистрали, расширительный бак, нагревательные приборы и усилитель циркуляции воды, ра.змещенный в главном стояке, отличающаяся тем, что система дополнительно содержит регуляторы тока и разности температур с цепями управления, при этом усилитель циркуляции воды выполнен в виде линейного трубчатого водонагревателя с размещенными на нем насадками в виде усеченных конусов с отверстиями на поверхности, расположенными радиально, причем конусы меньшим основанием обращены к источнику теплоты и расположены с равным шагом относительно друг друга, а линейный трубчатый электронагреватель цепями управления связан с регуляторами

тока и разности температур, /Г

Сущность изобретения: в единый контур соединены источник тепла, главный стояк, распределительная и обратная магистрали; расширительный бак, нагревательные приборы и усилитель циркуляции воды размещенный в главном стояке . Усилитель циркуляции воды выполнен в виде линейного трубчатого водонагревателя с размещенными на нем насадками в виде усеченных конусов с отверстиями на поверхности, расположенными радиально. Конусы меньшим основанием обращены к источнику тепла и расположены с равным шагом относительно друг друга. Электронагреватель цепями управления связан с регуляторами тока и разности т-р. 2 ил.