Способ циркуляции жидкости по трубопроводу и пароводяной насос для его реализации

Авторы патента:

F24H1/08 - комнатные или автономные котлы, т.е. водоподогреватели с устройствами управления и насосами в одном агрегате

Владельцы патента RU 2406040:

Карпенко Сергей Владимирович (RU)

Способ циркуляции жидкости по трубопроводу и пароводяной насос для его реализации относятся к области теплоэнергетики и могут быть использованы для отопления помещений и выработки горячей воды и пара для бытовых нужд. Изобретение позволяет уменьшить затраты на отопление помещений, сделать отопительный аппарат компактным и мобильным, простым в изготовлении и обслуживании. Это достигается тем, что в способе циркуляции жидкости по трубопроводу, по которому трубопровод соединяют с герметичным баком, заполняют водой, нагревают до образования пара и вытесняют жидкость образовавшимся паром в подающую линию, а затем пар конденсируют с образованием вакуума и всасывают жидкость из обратной линии с помощью этого вакуума, в баке путем изменения количества испаренной жидкости создают давление, достаточное для полного вытеснения воды из бака и частичного выхода пара в подающую линию, при этом давление в баке и количество пара в нем регулируют путем изменения проходного сечения подающей линии. В пароводяном насосе для осуществления способа, содержащем закрытую емкость с верхним и нижним патрубками и размещенный внутри нее электрический нагреватель, нижний патрубок снабжен трехходовым краном, соединенным с подающей линией при помощи дроссельного клапана, а верхний патрубок соединен с накопительным баком и сливным краном через второй трехходовой кран и дроссельный клапан. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для одновременного отопления помещений, например индивидуальных домов, коттеджей, квартир, дачных домиков и гаражей, нагрева воды для бытовых нужд и выработки пара для паровой обработки продуктов и запарочных камер.

Известна установка для отопления и горячего водоснабжения, содержащая бак-аккумулятор, компрессор, конденсатор, воздушный испаритель и др. / патент РФ №1809263 от 05.07.90, МКИ F25B 29/00, опубл. бюл. №14, 15.04.93/.

Недостаток такой установки в ее сложности, что затрудняет ее использование в бытовых условиях.

Известна автономная система горячего водоснабжения содержащая баки-аккумуляторы, установленные на трубопроводах, тепловой насос с испарителем и конденсатором, гелиоустановку и др. / патент РФ №1818507 от 28.02.90, МКИ F24 17/00, опубл. бюл. №20, 30.05.93/.

Недостаток такой системы в сложности ее исполнения и ограниченности климатических зон ее использования /применения/, а также ограниченности ее применения в индивидуальных строениях, где отсутствует центральное водоснабжение.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ перекачки по трубопроводу, по которому трубопровод соединяют с герметичным баком, заполняют бак перекачиваемой жидкостью, нагревают ее до образования пара и с помощью этого пара вытесняют жидкость из бака в подающую линию трубопровода, а затем пар конденсируют с образованием вакуума и с помощью этого вакуума всасывают в бак жидкость из обратной линии трубопровода. Реализует этот способ пароводяной насос, содержащий герметичный бак с двумя патрубками - верхним и нижним, нагреватель, размещенный внутри бака, и два обратных клапана, соединенных с обратной и подающей линиями перекачиваемой жидкости / патент РФ №2173434 от 26.03.1999, МКИ F25B 29/00, опубл. бюл. №25, 10.09.1999 г./.

Недостатком известного способа и пароводяного насоса для его реализации является то, что жидкость из бака удаляется не полностью. А это приводит к тому, что давление внутри бака и вне его выравнивается, резкой конденсации пара в баке не происходит, и наступает равновесие между испарением и конденсацией. Система перестает функционировать без дополнительных приборов.

Цель заявляемого технического решения - обеспечение полного вытеснения жидкости из бака и последующее быстрое и полное заполнение бака всасываемой жидкостью.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе перекачки жидкости по трубопроводу, по которому трубопровод соединяют с герметичным баком, заполняют бак перекачиваемой жидкостью, нагревают ее до образования пара и с помощью этого пара вытесняют жидкость из бака в подающую линию трубопровода, а затем пар конденсируют с образованием вакуума и с помощью этого вакуума всасывают в бак жидкость из обратной линии трубопровода, а в баке путем изменения количества испаренной жидкости создают давление, обеспечивающее выход пара из бака в подающую линию трубопровода после вытеснения жидкости из бака, при этом давление в баке и количество пара в нем регулируют путем изменения проходного сечения участка подающей линии трубопровода. При этом пароводяной насос для реализации этого способа, содержащий герметичный бак с двумя патрубками - верхним и нижним, нагреватель, размещенный внутри бака, и два обратных клапана, соединенных с обратной и подающей линиями перекачиваемой жидкости, дополнительно снабжен трехходовым краном, закрепленным на нижнем патрубке, клапаны соединены между собой последовательно, а трубопровод, соединяющий их, подключен к нижнему патрубку бака через трехходовой кран, при этом в подающей линии размещен дроссельный клапан, а кроме того, он снабжен вторым трехходовым краном и дроссельным клапаном, закрепленным на верхнем патрубке, при этом один выход трехходового крана соединен с бойлером, а второй снабжен патрубком для выхода воды и пара.

На чертеже представлена схема устройства и функционирования заявляемого технического решения.

Пароводяной насос состоит из герметичного бака /1/ с размещенным внутри него электрическим нагревателем /2/. В верхней части бака /1/ размещен патрубок /3/, который через дроссельный клапан /4/ соединен с центральным входом трехходового крана /5/, при этом один боковой вход крана /5/ соединен с накопительным баком /6/, снабженным сливным патрубком /7/, а второй вход соединен с краником /8/ для выхода горячей воды и пара, и он может присоединяться к радиатору /9/. В донной части бака /1/ размещен нижний патрубок /10/, который соединен с трехходовым краном /11/. Один вход крана /11/ соединен с шаровым краном /12/, через который в бак /1/ подается холодная вода, а второй вход соединен с обратными клапанами /13, 14/, при этом с выходным клапаном /14/ он соединен через дроссельный клапан /15/. Клапаны /13, 14/ соединены с радиатором /16/, а клапан /14/, кроме того, соединен с расширительным баком /17/. Температура нагрева помещения задается и управляется электронным терморегулятором /18/ через блок электроавтоматики /19/.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Отопительную система с радиатором /16/ и бачок /1/ заполняют водой при открытом дроссельном клапане /4/. После заполнения системы водой дроссельный клапан /4/ закрывают. На терморегуляторе /18/ устанавливается необходимая температура помещения, трехходовой кран /11/ переводят в положение, при котором бак /1/ соединяется с радиатором /16/ и блок автоматики /19/ подключается к сети. Между электродами электронагревателя /2/, погруженными в воду, проходит электрический ток, нагревая воду в баке /1/. Вода закипает, выделяется пар, и давление в баке /1/ нарастает. Под давлением пара вода из бака /1/ вытесняется через нижний патрубок /10/, трехходовой кран /11/ и закрывает входной клапан /13/, а через дроссельный клапан /15/ открывает подающий клапан /14/ и попадает в расширительный бак /17/. Дроссельный клапан /15/ отрегулирован так, что скорость истечения воды из бака /1/ меньше скорости нарастания давления внутри бака /1/. В результате этого в баке /1/ накапливается такое количество пара, находящегося под повышенным давлением, что после прекращения нагрева вода из бака /1/ продолжает выходить под давлением накопившегося пара. Выдавив всю воду из бака /1/, пар выходит через подающий клапан /14/ в расширительный бак /17/. Давление в котле /1/ резко падает, что приводит к резкому понижению температуры внутри этого бака. Происходит быстрая и резкая конденсация пара с образованием вакуума. Под действием вакуума вода из радиатора /16/ открывает входной клапан /13/ и через трехходовой кран /11/ всасывается в бак /1/. На место ушедшей из радиатора /16/ воды приходит вода из расширительного бака /17/. Далее цикл повторяется.

Благодаря тому, что вода в системе движется импульсами, чередуя движение с остановкой, поток ее становится турбулентным, теплоотдача системы увеличивается в 2-3 раза по сравнению с непрерывным движением ее в трубах. Кроме того, пульсирующее движение воды разрушает осадки на стенках труб и удаляет их из системы. После того, как температура в помещении достигнет заданной величины, терморегулятор /18/ отключит блок автоматики /19/ и включит его снова, когда температура в помещении понизится.

Для нагрева проточной воды трехходовой кран /11/ переводят в положение, при котором бак /1/ соединяется с шаровым краном /12/, который подключают к водопроводу или к баку с холодной водой. Трехходовой кран /5/ переводят в положение, соединяющее бак /1/ с краником /8/, а дроссельный клапан /4/ открывают. Вода из водопровода или бака через шаровой кран поступает в бак /1/ и, поднимаясь вверх, нагревается и через дроссельный клапан /4/, и трехходовой кран /5/ выливается через краник /8/. Температуру нагрева воды регулируют скоростью ее прохождения через нагреватель /2/ с помощью дроссельного клапана /4/.

Для накапливания горячей воды в баке /6/ трехходовой кран /5/ переводят в положение, соединяющее этот бак /6/ с баком /1/.

Для получения пара шаровой кран /12/ открывают настолько, что количество испарившейся воды становится равно количеству воды, вошедшей в бак /1/. Для повышения температуры пара уменьшают проходное сечение дроссельного клапана /4/.

Для работы в режиме ионного котла радиатор /9/ соединяют со сливным патрубком /7/ и шаровым краном /12/. Накопительный бак /6/ в этом случае выполняет функцию расширительного бака.

Проводились сезонные испытания заявляемого технического решения, которые полностью подтвердили достижение поставленной цели. Пароводяной насос объемом 1.5 литра эксплуатировался в течение отопительного сезона в отдельной квартире площадью 60 квадратных метров при высоте потолков три метра. Средне суточный расход электроэнергии составил 25 ватт/кв. метр в час при круглосуточной температуре в квартире 23 градуса и среднесезонной уличной температуре - 3 градуса.

Пароводяной насос обеспечивал горячей водой для хозяйственных нужд, получаемой в проточном режиме при температуре 60 градусов и в накопительном режиме для санитарных нужд при температуре 50 градусов. Кроме того, пароводяной насос использовался в режиме парогенератора для получения плодовоягодных соков.

По сравнению с прототипом заявляемое техническое решение имеет следующие преимущества:

- полностью вытесняет из бака в систему воду и часть пара, чем увеличивает глубину вакуума в баке и обеспечивает быстрое заполнение бака, что позволяет увеличить частоту пульсаций воды в отопительной системе, сделать движение турбулентным и повысить ее теплоотдачу;

- удаляет осадки со стенок труб, делая отопительную систему более экономичной;

- может подключаться к существующей отопительной системе и очищать ее от осадков, повышать ее экономичность;

- позволяет изменять температуру перекачиваемой жидкости;

- позволяет одновременно решать несколько теплотехнических задач - отапливать помещение, нагревать воду для санитарнохозяйственных нужд и вырабатывать пар, и при этом изменять их температуру;

- предотвращает «зависание» системы из-за неполного удаления воды из бака и делает ее более надежной;

- более простое по конструкции и по обслуживанию, значительно проще в изготовлении и эксплуатации;

- может быть оперативно использовано в качестве мобильного теплового узла для временного применения в производственных условиях и в аварийных ситуациях.

1. Способ перекачки жидкости по трубопроводу, по которому трубопровод соединяют с герметичным баком, заполняют бак перекачиваемой жидкостью, нагревают ее до образования пара и с помощью этого пара вытесняют жидкость из бака в подающую линию трубопровода, а затем пар конденсируют с образованием вакуума и с помощью этого вакуума всасывают в бак жидкость из обратной линии трубопровода, отличающийся тем, что, с целью обеспечения полного вытеснения жидкости из бака и последующего полного и быстрого заполнения бака всасываемой жидкостью, в баке путем изменения количества испаренной жидкости создают давление, обеспечивающее выход пара из бака в подающую линию трубопровода после вытеснения жидкости из бака.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что давление в баке и количество пара в нем регулируют путем изменения проходного сечения участка подающей линии трубопровода.

3. Пароводяной насос для реализации способа по п.1, содержащий герметичный бак с двумя патрубками - верхним и нижним, нагреватель, размещенный внутри бака, и два обратных клапана, соединенных с обратной и подающей линиями перекачиваемой жидкости, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен трехходовым краном, закрепленным на нижнем патрубке, клапаны соединены между собой последовательно, а трубопровод, соединяющий их, подключен к нижнему патрубку бака через трехходовой кран, при этом в подающей линии размещен дроссельный клапан.

4. Пароводяной насос по п.3, отличающийся тем, что он снабжен вторым трехходовым краном и дроссельным клапаном, закрепленными на верхнем патрубке, при этом один выход трехходового крана соединен с бойлером, а второй снабжен патрубком для выхода воды и пара.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для измерения теплового потока при определении тепловой эффективности теплообменников, например, автотракторных радиаторов.

Водогрейный котел // 2374568

Изобретение относится к области коммунальной теплоэнергетике и может быть использовано в котельных установках малой мощности для обогрева помещений. .

Водогрейный котел // 2362093

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах автономного теплоснабжения с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя.

Отопительный котел с верхней подачей угля в зону горения // 2357156

Изобретение относится к теплоэнергетике, может быть использовано в отопительных системах, производящих в качестве конечного продукта-теплоносителя горячую воду, и направлено на повышение эффективности отопительного котла, удешевление его конструкции и рациональное использование твердого топлива.

Водогрейный котел // 2296920

Изобретение относится к конструкциям водогрейных котлов и может быть использовано в системах автономного теплоснабжения. .

Котел пульсирующего горения (варианты) // 2293253

Устройство для нагрева жидкостей отопления при низком давлении или посредством закрытого сосуда расширения // 2213433

Теплонасосная установка // 2173434

Водогрейный чугунный котел // 2151966

Изобретение относится к нагревательным устройствам для отопления индивидуальных жилых домов. .

Комбинированная емкость для нагрева жидкости // 2150048

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для нагрева жидкости с целью последующего использования тепловой энергии воды или иной скидкой среды, например различных масел для удовлетворения нужд человека.

Котел водогрейный и способ его работы // 2452905

Изобретение относится к конструкциям водогрейных котлов и может быть использовано в системах автономного теплоснабжения

Котел для отопления и горячего водоснабжения, теплообменник котла, буферная емкость котла и способ работы котла // 2452906

Котел для отопления и/или горячего водоснабжения и теплообменник котла // 2452907

Котел отопительный водогрейный // 2543924

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в системах автономного теплоснабжения зданий, оборудованных системами водяного отопления. Технический результат - повышение эффективности работы котла за счет усиления теплообмена путем конструктивных изменений, а именно использования в теплообменнике пакета секций, каждая из которых выполнена в виде замкнутого по периметру чугунного прямоугольного профиля, полого внутри, со скругленными углами, и снабжение средних секций, проемами с выполненными по их контуру стыковочными ребрами, кроме последних секций, примыкающих к задней секции, а также выполнение конвективного дымохода со вставками, в виде стальных пластин, снабженных в свою очередь турбулизаторами. Пакет секций установлен на сварное основание зольника. Секции соединены между собой конусными втулками. Передняя секция образует переднюю стенку котла и снабжена тремя проемами, в верхней части передней секции расположен отвод подачи горячей воды в отопительную систему. Задняя секция выполняет функцию задней стенки котла и снабжена в верхней части патрубком дымохода, а в нижней ее части - патрубком для подачи в котел обратной воды из отопительной системы. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Котел нагревательный // 2556780

Котел нагревательный относится к области рекуперативной техники, преимущественно к системам отопления и горячего водоснабжения. В описываемом котле достигается более высокий кпд за счет выполнения теплообменника, состоящего из входного, выходного коллекторов, выполненных из труб диаметром dк и пакета соединительных труб диаметром dп, количество последних выбирают из соотношения: n = d k 2 / d п 2 , каждая из труб пакета изогнута в кривую линию, соответствующую затухающему по амплитуде и частоте колебательному процессу, а их плоскости симметрично наклонены к центральной оси входного коллектора под углом менее 90 градусов. Выходной коллектор и выходной патрубок, установленный в средней точке последнего и под углом 45 градусов к вертикальной оси теплообменника, размещены в вертикальной части кожуха, образующей дымоход, а все стенки кожуха, наклоненные внутрь, облицованы луче- и теплоотражающим материалом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство для измерения теплового потока теплообменников // 2621569

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для измерения теплового потока. Устройство для измерения теплового потока теплообменников, включающее теплоизолированный корпус парогенератора с крышкой, изоляторы, электроды, теплообменник, соединенный трубопроводом с крышкой и нижней частью корпуса парогенератора, расширительную емкость, измерительно-вычислительный блок, соединенный с электродами, содержит, по крайней мере, два теплообменника, входы которых установлены на одном уровне и соединены напорными трубопроводами с крышкой через коллектор, установленный вертикально выше уровня крышки, причем напорные трубопроводы снабжены запорными вентилями, а трубопроводы, соединяющие выходы теплообменников и нижнюю часть корпуса парогенератора, являются обратными. Технический результат - повышение производительности устройства, а именно процедуры измерения и сравнения теплового потока при необходимости испытания теплообменников с конструктивно-технологическими различиями, а также ресурсосбережение. 1 ил.

Способ транспортировки жидкости по трубопроводу и пароводяной комбайн для его реализации // 2633870

Изобретение относится теплоэнергетике и, в частности, к системам транспортировки жидкостей и способам теплоснабжения потребителей. Цель заявляемого технического решения - расширение диапазона регулирования температуры транспортируемой жидкости и функциональных возможностей устройства. Поставленная цель достигается тем, что жидкость помешают в герметичный бачок, воздействуют на нее паром, получаемым в процессе кипячения жидкости, и с его помощью вытесняют жидкость из бачка, а затем пар конденсируют с образованием вакуума и с помощью образовавшегося вакуума всасывают в бачок очередную порцию жидкости, пар получают в кипятильной камере за пределами бачка и подают в бачок по трубе, соединяющей эту камеру с бачком, на определенный уровень, при этом температуру вытесняемой жидкости при перекачивании жидкости изменяют путем изменения этого уровня, а при отоплении - путем изменения соотношения объемов бачка и кипятильной камеры и определяют из соотношения: T=ΔV⋅T1/V2+V2⋅T2/ΔV, где T - температура вытесняемой жидкости, ΔV - разность объемов бачка и кипятильной камеры, Т1 - температура всасываемой в бачок жидкости, V2 - объем кипятильной камеры, Т2 - температура кипящей в кипятильной камере жидкости. Устройство для реализации этого способа содержит герметичный бачок с входным и выходным клапанами и кипятильную камеру, кипятильная камера выполнена в виде трубы, вертикально закрепленной под днищем бачка, при этом на нижнем торце трубы закреплен нагреватель, помещенный внутри этой трубы, и входной клапан, а верхний торец трубы размещен внутри бачка, и выходной клапан взаимодействует с донной частью бачка. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.