Система тепловодоснабжения (варианты)

Изобретение относится к теплоэнергетике, системам теплоснабжения и горячего водоснабжения жилых и промышленных предприятий. Технический результат: возможность регулирования тепловой мощности, передаваемой потребителям по температуре и/или расходу. Система тепловодоснабжения содержит источник пара, прямой и обратный трубопроводы, сеть тепловодоснабжения потребителей, струйный насос, имеющий сопло для подвода активной среды и сопло для подвода пассивной среды и выходной патрубок. Струйный насос, в качестве устройства теплообмена и средства циркуляции, соплом для подвода активной среды подключен через трубопровод к источнику пара, соплом для подвода пассивной среды - к обратному трубопроводу, и выходным патрубком подключен к прямому трубопроводу сети тепловодоснабжения. В обратный трубопровод включена буферная емкость теплоносителя, оснащенная системой дополнительного подогрева теплоносителя, проходящего через упомянутую буферную емкость. Также описаны варианты системы тепловодоснабжения. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретения относятся к теплоэнергетике, системам теплоснабжения и горячего водоснабжения жилых и промышленных предприятий.

Известны технические решения, в которых в качестве циркуляционных насосов используются инжекторы или струйные насосы. К таким системам относятся следующие изобретения.

А.с. 1762080, F24D 3/08, приор. 17.04.86, "Система тепловодоснабжения" содержит теплообменник, струйный насос, прямой и обратный трубопровод теплосети, первая из которых подключена к линии горячего водоснабжения и к выходному патрубку двухступенчатого инжектора, а вторая - к камере смешения первой ступени инжектора. В данной системе источником тепла являются геотермальные скважины с рассолом, поэтому конструкция системы содержит в качестве генератора пара сепаратор и устройства, позволяющие разделить теплоноситель в первом контуре (рассол) и теплоноситель второго контура - воду. Циркуляция теплоносителей обеспечивается струйными насосами, что позволяет, как и в предлагаемом изобретении, не подводить дополнительную энергию, обеспечивая циркуляцию теплоносителя в первом контуре. Однако струйный насос в данной конструкции не выполняет функцию теплообменника.

Известен "Способ отпуска тепла потребителю из паровой сети" по патенту SU 1210670, кл. F24D 9/082, приор. 19.06.80, в котором генерируют пар в центральном источнике, транспортируют пар по паровой сети при избыточном давлении, конденсируют пар в теплообменнике. Конденсацию пара в теплообменнике осуществляют при избыточном давлении обратной водой системы отопления. Конденсат пара направляют в рабочее сопло струйного насоса системы отопления, в его приемную камеру подают подогретую в теплообменнике обратную воду системы отопления. В данном изобретении струйный насос в качестве активной среды использует не пар, а воду, он не выполняет функции теплообменника и устройства подвода дополнительной воды.

В изобретении RU №2140043 «Система тепловодоснабжения» F24D 9/02, публикация 20.10.1999, система содержит центральный источник пара, прямой и обратный трубопроводы, сеть тепловодоснабжения потребителей, струйный насос, имеющий сопло для подвода активной среды и сопло для подвода пассивной среды, и выходной патрубок.

По изобретению струйный насос, в качестве устройства теплообмена и средства циркуляции, соплом для подвода активной среды подключен через трубопровод к источнику пара. Соплом для подвода пассивной среды струйный насос подключен к обратному трубопроводу, входом устройства для дополнительного подвода пассивной среды соединен с емкостью запаса воды или источником водоснабжения. Выходным патрубком струйный насос подключен к прямому трубопроводу системы тепловодоснабжения.

В данном изобретении струйный насос выполняет несколько функций: обеспечивает циркуляцию теплоносителя в сети потребителей и служит устройством теплообмена, передачи энергии пара к воде, циркулирующей в сети. Кроме того, обеспечивает функцию дополнительной подпитки теплоносителя, особенно для систем с большим расходом горячей воды.

Однако данная система не позволяет регулировать ни температуру, ни расход теплоносителя," подаваемого в сеть тепловодоснабжения потребителей. Это связано с особенностью струйного насоса. Его характеристика такая же, как у объемных насосов - расход через струйный насос не зависит от противодавления (разумеется, пока противодавление не превышает напор струйного насоса). Расход через струйный насос и его коэффициент инжекции (отношение расхода воды к расходу пара) зависят от температуры воды, поступающей на его вход. В свою очередь, коэффициент инжекции струйного насоса определяет подогрев воды в струйном насосе.

Таким образом, температура воды, поступающей на вход струйного насоса определяет расход воды и подогрев воды в нем, а следовательно, и мощность, подаваемую потребителям. Более того, при понижении температуры воды в обратном трубопроводе расход через струйный насос растет, а при повышении температуры воды - падает. В то время как система тепловодоснабжения требует как раз наоборот.

Технический результат, достигаемый в заявляемых изобретениях, состоит в том, что в каждом варианте выполнения системы появляется возможность регулировать тепловую мощность, передаваемую потребителям по температуре и/или по расходу.

Данный результат в первом варианте достигается тем, что система тепловодоснабжения содержит источник пара, прямой и обратный трубопроводы, сеть тепловодоснабжения потребителей, струйный насос, имеющий сопло для подвода активной среды и сопло для подвода пассивной среды и выходной патрубок. Струйный насос в качестве устройства теплообмена и средства циркуляции, соплом для подвода активной среды подключен через трубопровод к источнику пара, соплом для подвода пассивной среды - к обратному трубопроводу и выходным патрубком подключен к прямому трубопроводу сети тепловодоснабжения. Отличие заключается в том, что в обратный трубопровод включена буферная емкость теплоносителя, оснащенная системой дополнительного подогрева теплоносителя, проходящего через упомянутую буферную емкость.

Включение буферной емкости для теплоносителя в обратный трубопровод, с дополнительной системой подогрева теплоносителя в этой буферной емкости, позволяет регулировать температуру теплоносителя на входе сопла для подвода пассивной среды основного струйного насоса. В этом случае регулировкой температуры на входе пассивного сопла основного струйного насоса можно регулировать расход через струйный насос, а значит, и тепловую мощность, передаваемую потребителям.

Система для дополнительного подогрева теплоносителя может быть выполнена на основе любой из известных систем подогрева жидкого теплоносителя.

Кроме того, упомянутая система дополнительного подогрева теплоносителя может быть выполнена в виде дополнительного струйного насоса, имеющего сопло для подвода активной среды и сопло для подвода пассивной среды и выходной патрубок, при этом струйный насос соплом для подвода активной среды подключен через трубопровод к источнику пара, соплом для подвода пассивной среды - к выходу упомянутой буферной емкости, и выходным патрубком подключен к входу упомянутой буферной емкости, при этом на упомянутом трубопроводе, соединяющем источник пара и сопло для подвода активной среды дополнительного струйного насоса, установлен регулирующий клапан.

В этом случае используется дополнительный струйный насос, питаемый из того же источника пара. Регулировка температуры в буферной емкости осуществляется количеством пара, подающегося на этот дополнительный струйный насос. Это количество пара определяется регулирующим клапаном.

Емкость запаса воды или источник водоснабжения через клапан подпитки может быть подключен к обратному трубопроводу, что позволяет пополнять убыль теплоносителя.

На входе прямого трубопровода, после струйного насоса, может быть установлен клапан для сброса излишков теплоносителя.

Во втором варианте система тепловодоснабжения, содержит источник пара, прямой и обратный трубопроводы, сеть тепловодоснабжения потребителей, струйный насос, имеющий сопло для подвода активной среды и сопло для подвода пассивной среды и выходной патрубок, при этом струйный насос, в качестве устройства теплообмена и средства циркуляции, соплом для подвода активной среды подключен через трубопровод к источнику пара, соплом для подвода пассивной среды - к обратному трубопроводу и выходным патрубком подключен к прямому трубопроводу сети тепловодоснабжения. Буферная емкость теплоносителя, оснащенная системой дополнительного подогрева теплоносителя, проходящего через упомянутую буферную емкость, включена в прямой трубопровод. В этом варианте, в случае необходимости, подогревается вода поступающая в прямой трубопровод, что приводит к повышению тепловой мощности теплоносителя, поступающего потребителям.

Как и в первом варианте, упомянутая система дополнительного подогрева теплоносителя может быть выполнена в виде дополнительного струйного насоса, имеющего сопло для подвода активной среды и сопло для подвода пассивной среды и выходной патрубок, при этом струйный насос соплом для подвода активной среды подключен через трубопровод к источнику пара, соплом для подвода пассивной среды - к выходу упомянутой буферной емкости, и выходным патрубком подключен к входу упомянутой буферной емкости, при этом на упомянутом трубопроводе, соединяющем источник пара и сопло для подвода активной среды дополнительного струйного насоса, установлен регулирующий клапан.

В этом случае используется дополнительный струйный насос, питаемый из того же источника пара. Регулировка температуры в буферной емкости осуществляется количеством пара, подающегося на этот дополнительный струйный насос. Это количество пара определяется регулирующим клапаном.

В третьем варианте система тепловодоснабжения также содержит источник пара, прямой и обратный трубопроводы, сеть тепловодоснабжения потребителей, струйный насос, имеющий сопло для подвода активной среды и сопло для подвода пассивной среды и выходной патрубок, при этом струйный насос, в качестве устройства теплообмена и средства циркуляции, соплом для подвода активной среды подключен через трубопровод к источнику пара, соплом для подвода пассивной среды - к обратному трубопроводу и выходным патрубком подключен к прямому трубопроводу сети тепловодоснабжения, Отличие заключается в том, что в прямой трубопровод и в обратный трубопровод включены буферные емкости теплоносителя, оснащенные системой дополнительного подогрева теплоносителя, проходящего через упомянутые буферные емкости.

Как и в первом, и во втором варианте каждая из упомянутых систем дополнительного подогрева теплоносителя в прямом и обратном трубопроводах может быть выполнена в виде дополнительного струйного насоса, имеющего сопло для подвода активной среды и сопло для подвода пассивной среды и выходной патрубок, при этом струйный насос соплом для подвода активной среды подключен через трубопровод к источнику пара, соплом для подвода пассивной среды - к выходу упомянутой буферной емкости, и выходным патрубком подключен к входу упомянутой буферной емкости, при этом на упомянутом трубопроводе, соединяющем источник пара и сопло для подвода активной среды дополнительного струйного насоса, установлен регулирующий клапан.

В этом случае используется дополнительный струйный насос, питаемый из того же источника пара. Регулировка температуры в буферной емкости осуществляется количеством пара, подающегося на этот дополнительный струйный насос. Это количество пара определяется регулирующим клапаном.

В третьем варианте появляется возможность регулировать не только тепловую мощность, подаваемую потребителям через теплоноситель, но и среднюю температуру теплоносителя, как того и требует система отопления, расположенная у потребителей.

Изобретение поясняется чертежами. На Фиг.1 приведена схема системы тепловодоснабжения по первому варианту, на Фиг.2 - та же схема с дополнительным струйным насосом, на Фиг.3 представлена схема струйного насоса, на Фиг.4 - схема системы тепловодоснабжения по второму варианту, на Фиг.5 - та же схема с дополнительным струйным насосом, на Фиг.6 - схема системы тепловодоснабжения по третьему варианту с дополнительными струйными насосоми.

Система тепловодоснабжения по первому варианту (Фиг.1), содержит источник пара 1, прямой трубопровод 2, обратный трубопровод 3, сеть 4 тепловодоснабжения потребителей, струйный насос 5. Струйный насос 5 (Фиг.1-2) имеет сопло 6 для подвода активной среды и сопло 7 для подвода пассивной среды и выходной патрубок 8. Струйный насос 5 используется как устройство теплообмена и средства циркуляции и соплом 6 подключен через трубопровод к источнику пара 1, соплом 7 для подвода пассивной среды - к обратному трубопроводу 3, и выходным патрубком 8 к прямому трубопроводу 2.

В обратный трубопровод 3 (Фиг.1) включена буферная емкость 9 теплоносителя, оснащенная системой 10 дополнительного подогрева теплоносителя.

Наиболее эффективно в данном случае систему дополнительного подогрева выполнять на основе струйного насоса, хотя могут быть использованы любые другие системы подогрева.

Система 10 дополнительного подогрева теплоносителя (Фиг.2) выполнена в виде дополнительного струйного насоса 11, имеющего сопло 12 для подвода активной среды и сопло 13 для подвода пассивной среды и выходной патрубок 14, при этом струйный насос соплом 12 для подвода активной среды подключен через регулирующий клапан 15 к источнику пара 1, соплом 13 для подвода пассивной среды - к выходу упомянутой буферной емкости 9 и выходным патрубком 14 к входу упомянутой буферной емкости 9.

Емкость запаса воды или источник водоснабжения (не показаны) через клапан 16 подпитки подключена к обратному трубопроводу 3. На входе прямого трубопровода 2, после струйного насоса 5, установлен клапан 17 для сброса излишков теплоносителя.

В качестве струйных насосов 5 и 11, в частности, может быть использован струйный насос, описанный в патенте RU №2116522, публикация 1998.07.27. Как правило, дополнительный струйный насос 11 является насосом меньшей мощности, чем основной струйный насос 5.

Система тепловодоснабжения работает следующим образом.

Центральный источник пара 1 (фиг.1-2), например паровой котел, подает пар по трубопроводу в сопло 6 для подвода активной среды струйного насоса 5. По обратному трубопроводу 3 из сети тепловодоснабжения 4 поступает охлажденная вода в сопло 7 для подвода пассивной среды, того же струйного насоса 5. Пар, поступающий в сопло для подвода активной среды 6 струйного насоса 5 (фиг.3), разгоняется, смешивается в камере смешения с водой, поступающей через сопло 7 для подвода пассивной среды. В камере смешения струйного насоса 5 происходят разгон потока и процессы теплообмена между паром и водой. Далее горячая вода по прямому трубопроводу 2 подается в сеть тепловодоснабжения 4, и охлажденная вода возвращается из сети к струйному насосу 5 по обратному трубопроводу 3.

Теплоноситель из обратного трубопровода 3 через буферную емкость 9 поступает сопло 7 для подвода пассивной среды основного струйного насоса 5. Дополнительный струйный насос 11 (Фиг.2) прокачивает теплоноситель через емкость 9. Поскольку в струйный насос 11 поступает пар, то он подогревает теплоноситель. Поэтому температура теплоносителя за буферной емкостью 9 несколько выше, чем в обратном трубопроводе перед буферной емкостью 9.

При случайном снижении температуры теплоносителя в обратной магистрали 3 это вызвало бы немедленное изменение расхода через струйный насос 5. Но в данной схеме температура в буферной емкости 9 снизится. В соответствии со свойствами струйного насоса это вызовет увеличение расхода воды через дополнительный струйный насос 11. Одновременно увеличится и расход пара на струйный насос 11, и соответственно подогрев теплоносителя в емкости 9. В результате снижение температуры теплоносителя за емкостью 9 будет меньше, чем в обратном трубопроводе. При случайном повышении температуры в обратном трубопроводе картина будет обратной. Таким образом, емкость 9 с дополнительным струйным насосом 11 обеспечивают поддержание расхода теплоносителя в системе.

Регулирующий клапан 15 позволяет изменять давление пара перед паровым соплом дополнительного струйного насоса 11. В соответствии со свойствами струйного насоса повышение давления пара перед соплом 12 для подвода активной среды дополнительного струйного насоса 11 вызывает увеличение расхода воды через струйный насос и снижение его коэффициента инжекции. В результате увеличится подогрев теплоносителя в емкости 9. Таким образом, емкость 9 с дополнительным струйным насосом 11 и регулирующим клапаном 15 обеспечивают регулирование расхода теплоносителя в системе.

Струйный насос 5 постоянно вводит в систему тепловодоснабжения расход, равный расходу пара. Если расход пара на струйный насос 5 больше расхода на горячее водоснабжение, то из контура необходимо отводить теплоноситель, что осуществляется через клапан 17. Если расход пара на струйный насос 5 меньше расхода на горячее водоснабжение, то в систему тепловодоснабжения необходимо вводить теплоноситель, что осуществляется через клапан 16. Практически первое имеет место ночью, когда расход на горячее водоснабжение почти отсутствует, второе - днем.

Система 10 дополнительного подогрева при других вариантах ее выполнения выполняет ту же функцию и воздействует на основной струйный насос 5 системы тепловодоснабжения таким же образом.

Система тепловодоснабжения по второму варианту (Фиг.4-5) содержит источник пара 1, прямой трубопровод 2, обратный трубопровод 3, сеть 4 тепловодоснабжения потребителей, струйный насос 5. Струйный насос 5 используется как устройство теплообмена и средства циркуляции и соплом 6 подключен через трубопровод к источнику пара 1, соплом 7 для подвода пассивной среды - к обратному трубопроводу 3, и выходным патрубком 8 к прямому трубопроводу 2.

В прямой трубопровод 2 (Фиг.4) включена буферная емкость 18 теплоносителя, оснащенная системой 19 дополнительного подогрева теплоносителя.

Система 19 дополнительного подогрева теплоносителя (Фиг.5) выполнена в виде дополнительного струйного насоса 20, имеющего сопло 21 для подвода активной среды и сопло 22 для подвода пассивной среды и выходной патрубок 23, при этом струйный насос соплом 21 для подвода активной среды подключен через регулирующий клапан 24 к источнику пара 1, соплом 22 для подвода пассивной среды - к выходу упомянутой буферной емкости 18 и выходным патрубком 23 к входу упомянутой буферной емкости 18.

Система тепловодоснабжения по второму варианту (Фиг.5) работает следующим образом.

Струйный насос 5 подает теплоноситель в прямой трубопровод через буферную емкость 18. Дополнительный струйный насос 20 прокачивает теплоноситель через емкость 18. Поскольку в струйный насос 20 поступает пар, то он подогревает теплоноситель. Поэтому температура теплоносителя за емкостью 18 несколько выше, чем за струйным насосом 5.

При случайном снижении температуры за струйным насосом 5 температура в емкости 18 снизится. В соответствии со свойствами струйных насосов это вызовет увеличение расхода воды через дополнительный струйный насос 20. Одновременно увеличится и расход пара на струйный насос 20, и соответственно подогрев теплоносителя в емкости 18. В результате снижение температуры теплоносителя за емкостью 18 будет меньше, чем за струйным насосом 5. При случайном повышении температуры за струйным насосом 5 картина будет обратной. Таким образом, емкость 18 с дополнительным струйным насосом 20 обеспечивают поддержание температуры теплоносителя в прямом трубопроводе.

Система тепловодоснабжения по третьему варианту включает буферные емкости 9 и 18, а также системы 10 и 19 дополнительного подогрева теплоносителя.

Система содержит источник пара 1, прямой трубопровод 2, обратный трубопровод 3, сеть 4 тепловодоснабжения потребителей, струйный насос 5. Струйный насос 5 соплом 6 подключен через трубопровод к источнику пара 1, соплом 7 для подвода пассивной среды - к обратному трубопроводу 3, и выходным патрубком 8 к прямому трубопроводу 2.

В прямой трубопровод 2 (Фиг.6) включена буферная емкость 18 теплоносителя, оснащенная системой 19 дополнительного подогрева теплоносителя, а в обратный трубопровод буферная емкость 9 теплоносителя, оснащенная системой 10 дополнительного подогрева теплоносителя.

Системы 10 и 19 дополнительного подогрева теплоносителя (Фиг.6) выполнены в виде дополнительных струйных насосов 11 и 20, имеющих сопла 12 и 21 для подвода активной среды и сопла 13 и 22 для подвода пассивной среды и выходные патрубки 14 и 23, при этом струйный насос соплом для подвода активной среды подключен через соответствующий регулирующий клапан 15 или 24 к источнику пара 1.

Работа системы тепловодоснабжения по третьему варианту сочетает возможности первого и второго вариантов и дает дополнительную возможность в более широких пределах и более гибко управлять режимами снабжения потребителя теплоносителем.

1. Система тепловодоснабжения, содержащая источник пара, прямой и обратный трубопроводы, сеть тепловодоснабжения потребителей, струйный насос, имеющий сопло для подвода активной среды и сопло для подвода пассивной среды и выходной патрубок, при этом струйный насос, в качестве устройства теплообмена и средства циркуляции, соплом для подвода активной среды подключен через трубопровод к источнику пара, соплом для подвода пассивной среды - к обратному трубопроводу и выходным патрубком подключен к прямому трубопроводу сети тепловодоснабжения, отличающийся тем, что в обратный трубопровод включена буферная емкость теплоносителя, оснащенная системой дополнительного подогрева теплоносителя, проходящего через упомянутую буферную емкость.

2. Система тепловодоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что упомянутая система дополнительного подогрева теплоносителя выполнена в виде дополнительного струйного насоса, имеющего сопло для подвода активной среды и сопло для подвода пассивной среды и выходной патрубок, при этом струйный насос соплом для подвода активной среды подключен через трубопровод к источнику пара, соплом для подвода пассивной среды - к выходу упомянутой буферной емкости и выходным патрубком подключен к входу упомянутой буферной емкости, при этом на упомянутом трубопроводе, соединяющем источник пара и сопло для подвода активной среды дополнительного струйного насоса, установлен регулирующий клапан.

3. Система тепловодоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что емкость запаса воды или источник водоснабжения через клапан подпитки подключена или подключен к обратному трубопроводу.

4. Система тепловодоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что на входе прямого трубопровода установлен клапан для сброса излишков теплоносителя.

5. Система тепловодоснабжения, содержащая источник пара, прямой и обратный трубопроводы, сеть тепловодоснабжения потребителей, струйный насос, имеющий сопло для подвода активной среды и сопло для подвода пассивной среды и выходной патрубок, при этом струйный насос, в качестве устройства теплообмена и средства циркуляции, соплом для подвода активной среды подключен через трубопровод к источнику пара, соплом для подвода пассивной среды - к обратному трубопроводу и выходным патрубком подключен к прямому трубопроводу сети тепловодоснабжения, отличающийся тем, что в прямой трубопровод включена буферная емкость теплоносителя, оснащенная системой дополнительного подогрева теплоносителя, проходящего через упомянутую буферную емкость.

6. Система тепловодоснабжения по п.5, отличающаяся тем, что упомянутая система дополнительного подогрева теплоносителя выполнена в виде дополнительного струйного насоса, имеющего сопло для подвода активной среды и сопло для подвода пассивной среды и выходной патрубок, при этом струйный насос соплом для подвода активной среды подключен через трубопровод к источнику пара, соплом для подвода пассивной среды - к выходу упомянутой буферной емкости и выходным патрубком подключен к входу упомянутой буферной емкости, при этом на упомянутом трубопроводе, соединяющем источник пара и сопло для подвода активной среды дополнительного струйного насоса, установлен регулирующий клапан.

7. Система тепловодоснабжения по п.5, отличающаяся тем, что емкость запаса воды или источник водоснабжения через клапан подпитки подключена к обратному трубопроводу.

8. Система тепловодоснабжения по п.5, отличающаяся тем, что на входе прямого трубопровода установлен клапан для сброса излишков теплоносителя.

9. Система тепловодоснабжения, содержащая источник пара, прямой и обратный трубопроводы, сеть тепловодоснабжения потребителей, струйный насос, имеющий сопло для подвода активной среды и сопло для подвода пассивной среды и выходной патрубок, при этом струйный насос, в качестве устройства теплообмена и средства циркуляции, соплом для подвода активной среды подключен через трубопровод к источнику пара, соплом для подвода пассивной среды - к обратному трубопроводу и выходным патрубком подключен к прямому трубопроводу сети тепловодоснабжения, отличающийся тем, что в прямой трубопровод и в обратный трубопровод включены буферные емкости теплоносителя, оснащенные системой дополнительного подогрева теплоносителя, проходящего через упомянутые буферные емкости.

10. Система тепловодоснабжения по п.9, отличающаяся тем, что упомянутые системы дополнительного подогрева теплоносителя выполнены в виде дополнительного струйного насоса, имеющего сопло для подвода активной среды и сопло для подвода пассивной среды и выходной патрубок, при этом струйный насос соплом для подвода активной среды подключен через трубопровод к источнику пара, соплом для подвода пассивной среды - к выходу упомянутой буферной емкости и выходным патрубком подключен к входу упомянутой буферной емкости, при этом на упомянутом трубопроводе, соединяющем источник пара и сопло для подвода активной среды дополнительного струйного насоса, установлен регулирующий клапан.

11. Система тепловодоснабжения по п.9, отличающаяся тем, что емкость запаса воды или источник водоснабжения через клапан подпитки подключена к обратному трубопроводу.

12. Система тепловодоснабжения по п.9, отличающаяся тем, что на входе прямого трубопровода установлен клапан для сброса излишков теплоносителя.