Резервуар закритого типу газового котла

Реферат: Винахід належить до галузі опалення, а саме - до резервуарів закритого типу газових котлів, який відповідно до винаходу служить для зберігання оборотної води-теплоносія та поглинання змін тиску води-теплоносія, резервуар має конструкцію закритого типу, яка дає змогу ізолювати внутрішній простір вказаного резервуара від атмосфери, та включає вхідний отвір для водитеплоносія, через який подається вода-теплоносій, вихідний отвір для води-теплоносія, через який вода-теплоносій надходить до циркуляційної помпи, датчик рівня води, який детектує рівень води-теплоносія, що зберігається у резервуарі, і запобіжний клапан для підтримання величини тиску у внутрішньому просторі резервуара менше попередньо заданого значення, при тому, що резервуар газового котла встановлений поряд з вхідним отвором циркуляційної помпи таким чином, щоб відокремлення повітря відбувалося у резервуарі. UA 102242 C2 (12) UA 102242 C2 UA 102242 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Область техніки Даний винахід стосується резервуару закритого типу газового котла, і більш конкретно, резервуару закритого типу газового котла, у якому ємність резервуара зменшена та окремий повітряний сепаратор є непотрібним. Відомий рівень техніки Загалом, газові котли діляться на атмосферні газові котли та газові котли ізольованого від атмосфери типу. Фіг. 1 є схематичним зображенням звичайного атмосферного газового котла. Атмосферний газовий котел включає циркуляційну помпу 10, яка забезпечує циркуляцію води-теплоносія, головний теплообмінник 20, який передає теплову енергію пальника 21 водітеплоносію, яка примусово подається циркуляційною помпою 10, триходовий клапан 30, який подає воду-теплоносій у нагрівальний трубопровід (місто, де потрібне нагрівання) коли здійснюється операція нагрівання, та подає воду-теплоносій, до теплообмінника гарячої води 40, коли використовується гаряча вода, теплообмінник гарячої води 40, який забезпечує подачу гарячої води шляхом нагрівання холодної води, та резервуар 50, у якій зберігається оборотна вода-теплоносій та яка поглинає зміни тиску води-теплоносія. Посилальні позиції 61, 62, 63, та 64 позначають трубопровід подачі води-теплоносія, зворотний трубопровід води-теплоносія, трубопровід холодної води та трубопровід гарячої води, відповідно. Резервуар 50 включає датчик рівня води 51, який детектує, чи підтримує рівень водитеплоносія у заданому діапазоні рівнів води, та перепускну трубу 52, через яку вода-теплоносій витікає назовні, коли рівень води-теплоносія перевищує попередньо задане значення. Отже, вода-теплоносій вільно сполучається з атмосферою. Такий атмосферний газовий котел має просту конструкцію та низьку вартість. Однак, оскільки система циркуляції води-теплоносія є відкритою до атмосфери, паровий котел не може бути встановлений нижче нагрівального трубопроводу (міста, де потрібно нагрівання). Таким чином, газовий котел має позиційні обмеження. Крім того, оскільки вода-теплоносій вільно сполучається з атмосферою, до неї потрапляє кисень, що може призводити до корозії нагрівальної труби. Фіг. 2 є схематичним зображенням звичайного газового котла ізольованого від атмосфери типу. Фіг. 3 є схематичним зображенням стану до встановлення резервуара закритого типу. Фіг. 4 є схематичним зображенням випадку, коли максимальний тиск прикладений до резервуара по Фіг. 3. Газовий котел ізольованого від атмосфери типу має майже таку саме конструкцію, як і атмосферний газовий котел, оскільки в ньому передбачені циркуляційна помпа 10, головний теплообмінник 20, пальник 21, триходовий клапан 30 та теплообмінник гарячої води 40. Однак, газовий котел ізольованого від атмосфери типу відрізняється від атмосферного газового котла тим, що резервуар 70 сконструйований закритим, так щоб він був ізольованим від атмосфери, і додатково встановлений повітряний сепаратор 71, запобіжний клапан 72, та манометр 73. Резервуар 70 є баком закритого типу, ізольованим від зовнішнього повітря, і включає резинову перегородку 70а, секцію для зберігання газу 70b, та секцію зберігання водитеплоносія, 70с. Резинова перегородка 70а розташована між секцією для зберігання газу 70b та секцією для зберігання води-теплоносія 70с. Секція для зберігання газу 70b призначена для зберігання у ній газу (наприклад, азоту), і в секції 70с зберігання води-теплоносія зберігається вода-теплоносій. Форма резинової перегородки 70а змінюється у залежності від прикладеного тиску, тим самим поглинаючи зміни тиску води-теплоносія. Секція 70с зберігання водитеплоносія з'єднана з трубопроводом, по якому подається оборотна вода-теплоносій. Такий газовий котел ізольованого від атмосфери типу не має обмежень за місцем його встановлення і може запобігати потраплянню кисню у воду-теплоносій, тому що система циркуляції води-теплоносія є ізольованою від атмосфери. З іншого боку, він має складну конструкцію та високу вартість. Зокрема, необхідне використання повітряного сепаратора. Крім того, хоча передбачений повітряний сепаратор, важко видалити повітря зсередини трубопроводу. Крім того, коли тиск у резервуарі є меншим за атмосферний тиск, у резервуарі може виникнути вакуум. В цьому випадку, оскільки вода-теплоносій не може нормально циркулювати у системі навіть при роботі циркуляційної помпи 10, циркуляційну помпу 10 треба зупинити і забезпечити подачу води автоматично або вручну. Крім цього, у газовому котлі ізольованого від атмосфери типу резервуар використовується неефективно. Таким чином, як показано на Фіг. 4, при збільшенні тиску води-теплоносія, секція для зберігання газу 70b потребує простору, у якому відбувається стиснення азоту. Оскільки цей простір не поглинає розширення води-теплоносія, він є непотрібним простором. 1 UA 102242 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Розкриття винаходу Технічна проблема Даний винахід стосується резервуару закритого типу газового котла без діафрагми, у якому об'єм резервуара може бути зменшений. Даний винахід також стосується резервуару закритого типу газового котла, який може виконувати функцію повітряного сепаратора, без окремого повітряного сепаратора. Даний винахід також стосується резервуару закритого типу газового котла, у якому циркуляційна помпа може нормально працювати, навіть коли тиск у резервуарі є нижчим за атмосферний тиск. Технічне рішення Відповідно до аспекту даного винаходу пропонується резервуар закритого типу газового котла, який служить для зберігання оборотної води-теплоносія, та поглинання змін тиску водитеплоносія. Резервуар, що не має діафрагми, має конструкцію закритого типу, так щоб її внутрішній простір був ізольованим від атмосфери, і включає вхідний отвір води-теплоносія, через який надходить вода-теплоносій, вихідний отвір води-теплоносія, через який водатеплоносій надходить до циркуляційної помпи, датчик рівня води, який детектує рівень водитеплоносія, що зберігається у резервуарі, та запобіжний клапан для підтримання величини тиску у внутрішньому просторі резервуара нижче попередньо заданого значення. Запобіжний клапан може бути встановлений на верхньому кінці резервуара для забезпечення випускання спочатку повітря, а потім води-теплоносія. Резервуар може бути встановлений поряд з вхідним отвором циркуляційної помпи, так щоб відокремлення повітря відбувалося у резервуарі. Датчик рівня води може бути встановлений у такий спосіб, щоб нижній кінець датчика рівня води був розташований поблизу до донної поверхні резервуара. Коли датчик рівня води визначає, що рівень води є припустимим, циркуляційна помпа може працювати у нормальному режимі, навіть якщо внутрішній тиск у резервуарі є меншим за атмосферний тиск. Корисні ефекти Відповідно до даного винаходу, оскільки резервуар закритого типу не має діафрагми, резервуар може бути легко виготовленим, і об'єм резервуара може бути зменшений. Крім цього, навіть якщо внутрішній тиск резервуара є меншим за атмосферний тиск, паровий котел може працювати у нормальному режимі без зупинки. Крім цього, хоча система циркуляції води-теплоносія має конструкцію закритого типу, відокремлення повітря може здійснюватися без перешкод, не потребуючи встановлення окремого повітряного сепаратора. Опис креслень Фіг. 1 є схематичним зображенням звичайного атмосферного газового котла. Фіг. 2 є схематичним зображенням звичайного газового котла ізольованого від атмосфери типу. Фіг. 3 є схематичним зображенням, на якому показаний стан до встановлення резервуара закритого типу. Фіг. 4 є схематичним зображенням ситуації, у якій до резервуара по Фіг. 3 прикладений максимальний тиск. Фіг. 5 є схематичним зображенням резервуару закритого типу газового котла відповідно до даного винаходу. Фіг. 6 є схемами, що демонструють ситуацію, у якій ємність резервуара відповідно до даного винаходу є достатньою у порівнянні з ємністю нагрівального трубопроводу. Фіг. 7 є схемами, що демонструють ситуацію, у якій ємність резервуара відповідно до даного винаходу є недостатньою у порівнянні з ємністю нагрівального трубопроводу. Фіг. 8 є схемами, що демонструють ситуацію, у якій ємність резервуара відповідно до даного винаходу є значно меншою за ємність нагрівального трубопроводу. Найкращий варіант здійснення винаходу Далі буде детально описаний типовий варіант здійснення даного винаходу з посиланнями на супровідні креслення. Фіг. 5 є схематичним зображенням резервуару закритого типу газового котла відповідно до даного винаходу. Газовий котел відповідно до даного винаходу включає циркуляційну помпу 10, яка забезпечує циркуляцію води-теплоносія, головний теплообмінник 20, який передає теплову енергію пальника 21 воді-теплоносію, що примусово подається циркуляційною помпою 10, триходовий клапан 30, який подає воду-теплоносій до нагрівального трубопроводу (місто, де 2 UA 102242 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 потрібно нагрівання) під час проведення операції нагрівання, і подає воду-теплоносій до теплообмінника гарячої води 40, коли використовується гаряча вода, теплообмінник гарячої води 40, який подає гарячу воду шляхом нагрівання холодної води, трубопровід подачі водитеплоносія 61, зворотний трубопровід води-теплоносія 62, трубопровід холодної води 63 та трубопровід гарячої води 64, як і звичайний газовий котел. Газовий котел відповідно до даного винаходу далі включає резервуар 100. Резервуар 100 не має усередині діафрагми і має конструкцію закритого типу, так щоб вода-теплоносій, яка зберігається у резервуарі 100, не контактувала з атмосферою. Таким чином, система циркуляції води-теплоносія має конструкцію ізольованого від атмосфери типу. Датчик рівня води 110 встановлений над резервуаром 100. Датчик рівня води 110 включає короткий провідник 110а та довгий провідник 110b, і вимірює опір між коротким та довгим провідниками 110а та 110b для визначення того, чи є достатньою кількість води-теплоносія, що зберігається у резервуарі 100. В цьому випадку, для забезпечення достатнього простору для повітря усередині резервуара 100, короткий та довгий провідники 110а та 110b можуть бути встановлені у такий спосіб, щоб їх нижні кінці були розташовані поблизу поверхні дна резервуара 100. В цьому прикладі варіанта здійснення, датчик рівня води 110 встановлений у верхнього кінця резервуара 100. Однак, датчик рівня води 110 може бути встановлений у нижньої частини бічної поверхні або у поверхні дна резервуара 100, причому довжина датчика рівня води 110 буде зменшеною, або він може бути встановлений у з'єднувальній трубі між циркуляційною помпою 10 та резервуаром 100, так щоб його можна було замінити на датчик, який детектує, чи є присутньою вода-теплоносій. Запобіжний клапан 120 для підтримання величини тиску у внутрішньому просторі резервуара 100 нижче попередньо заданого значення встановлений над резервуаром 100. Запобіжний клапан 120 має передбачену в ньому пружину. Коли тиск у внутрішньому просторі резервуара 100 перевищує пружну силу пружини, запобіжний клапан 120 відкривається, випускаючи повітря зсередини резервуара 100 назовні, тим самим знижуючи тиск. В цьому випадку, запобіжний клапан 120 може бути встановлений на верхньому кінці резервуара 100, так щоб спочатку виходило повітря, присутнє у верхній частині резервуара 100, а потім вода-теплоносій, яка зберігається у резервуарі 100. Резервуар 100 має вхідний та вихідний отвори води-теплоносія 100а та 100b, сформовані в його дні. Вхідний отвір води-теплоносія 110а з'єднаний зі зворотним трубопроводом 62 водитеплоносія, так щоб по ньому могла надходити вода-теплоносій, і вода-теплоносій, що зберігається у резервуарі 100, надходить через вихідний отвір води-теплоносія 100b до циркуляційної помпи 10. Оскільки система циркуляції води-теплоносія відповідно до даного винаходу сконструйована ізольованою від атмосфери, необхідно відокремлювати повітря, присутнє у воді-теплоносію. В цьому типовому варіанті здійснення, однак, оскільки відокремлення повітря здійснюється у резервуарі 100, має бути забезпечений окремий повітряний сепаратор. В цьому випадку, для запобігання потраплянню бульбашок в циркуляційну помпу 10, резервуар 100 може бути встановлений поряд з вхідним отвором 10b циркуляційної помпи 10. Далі буде описана робота газового котла відповідно до даного винаходу. Як показано на Фіг. 5, якщо повітря потрапляє у резервуар 100, коли вода-теплоносій циркулює у нагрівальному трубопроводі, і якщо кількість присутнього повітря є невеликою, то повітря збирається у верхній частині внутрішнього простору резервуара 110. З іншого боку, якщо кількість присутнього повітря є великою, то рівень води-теплоносія у резервуарі 100 знижується. Отже, коли датчик рівня води 110 визначить, що рівень води-теплоносія є нижчим за нормальний рівеньводи, вода подається через автоматичний клапан води підживлення (не показаний). При цьому, коли внутрішній тиск у резервуарі 100 є меншим за допустимий тиск у стані, коли відбувається подача води, газовий котел працює в нормальному режимі. З іншого боку, коли внутрішній тиск у резервуарі 100 перевищує допустимий тиск, спрацьовує запобіжний клапан 120, випускаючи повітря назовні. Фіг. 6 є схемами, що демонструють ситуацію, у якій ємність резервуара відповідно до даного винаходу є достатньою у порівнянні з ємністю нагрівального трубопроводу. Фіг. 6А зображує ситуацію, у якій температура води-теплоносія, знижується, так що тиск води-теплоносія зменшується, і Фіг. 6В зображує ситуацію, у якій температура води-теплоносія, зростає, так що тиск води-теплоносія збільшується. Таким чином, змінюється тільки рівень води у резервуарі 100 у залежності від зміни тиску води-теплоносія, і тиск усередині резервуарі 100 підтримується постійним. 3 UA 102242 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Фіг. 7 є схемами, що демонструють ситуацію, у якій ємність резервуара відповідно до даного винаходу є недостатньою у порівнянні з ємністю нагрівального трубопроводу. Фіг. 7А зображує резервуар до використання парового котла після того, як паровий котел буде уперше встановлений. Фіг. 7В зображує ситуацію, у якій, при першому використанні парового котла, тиск водитеплоносія збільшується зі зростанням температури води-теплоносія. Фіг. 7С зображує ситуацію, у якій температура води-теплоносія знижується внаслідок припинення операції нагрівання, так що тиск води-теплоносія зменшується. Коли тиск води-теплоносія збільшується, як на Фіг. 7В, так що тиск усередині резервуара 100 перевищує допустимий тиск, запобіжний клапан 120 відкривається, випускаючи повітря назовні, і рівень води-теплоносія значно підвищується. Після цього, коли тиск води-теплоносія зменшується, як на Фіг. 7С, тиск усередині резервуарі 100 може бути нижче атмосферного тиску. Навіть в цьому випадку, якщо датчик рівня води 110 визначає, що рівень води є достатнім, паровий котел працює як звичайно. Фіг. 8 є схемами, що демонструють ситуацію, у якій ємність резервуара відповідно до даного винаходу є значно меншою, ніж ємність нагрівального трубопроводу. Фіг. 8А зображує резервуар до використання парового котла після того, як паровий котел буде встановлений уперше. Фіг. 8В зображує ситуацію, у якій, при першому використанні парового котла, тиск водитеплоносія збільшується зі зростанням температури води-теплоносія. Фіг. 8С зображує ситуацію, у якій температура води-теплоносія зменшується внаслідок припинення операції нагрівання, так що тиск води-теплоносія знижується. Фіг. 8D зображує ситуацію, у якій додаткова вода подається через автоматичний клапан води підживлення після стану, зображеного на Фіг. 8С. Коли тиск води-теплоносія наближається до величини припустимого максимуму, як на Фіг. 8В, резервуар заповнюється водою-теплоносієм і повітряний шар зникає. В цьому стані, при зменшенні тиску води-теплоносія, як на Фіг. 8С, рівень води знижується. Крім цього, коли датчик рівня води 120 визначає, що кількість води-теплоносія є недостатньою, спрацьовує автоматичний клапан води підживлення для подачі додаткової кількості води. Після цього описаний вище цикл повторюється. Як описано вище, паровий котел відповідно до даного винаходу може працювати у нормальному режимі незалежно від ємності нагрівального трубопроводу. Крім цього, хоча використовується резервуар без діафрагми, резервуар може мати конструкцію закритого типу. Таким чином, не треба забезпечувати окремий повітряний сепаратор, і ємність резервуара може бути зменшена у порівнянні зі звичайною резервуаром. Хоча були проілюстровані та описані декілька типових варіантів здійснення даного винаходу, кваліфікованим фахівцям буде зрозуміло, що можуть бути виконані різні зміни цих варіантів здійснення без виходу за межі суті та обсягу винаходу, які визначаються пунктами прикладеної формули винаходу та їх еквівалентами. Промислова придатність У резервуарі закритого типу газового котла відповідно до даного винаходу, може бути зменшена ємність резервуара, і окремий повітряний сепаратор є непотрібним. Таким чином, газовий котел має промислову придатність. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Резервуар закритого типу газового котла, який служить для зберігання оборотної водитеплоносія та поглинання змін тиску води-теплоносія, який відрізняється тим, що резервуар має конструкцію закритого типу, яка дає змогу ізолювати внутрішній простір вказаного резервуару від атмосфери, та включає вхідний отвір для водитеплоносія, через який подається вода-теплоносій, вихідний отвір для води-теплоносія, через який вода-теплоносій надходить до циркуляційної помпи, датчик рівня води, який детектує рівень води-теплоносія, що зберігається у резервуарі, і запобіжний клапан для підтримання величини тиску у внутрішньому просторі резервуара менше попередньо заданого значення, при тому, що резервуар газового котла встановлений поряд з вхідним отвором циркуляційної помпи таким чином, щоб відокремлення повітря відбувалося у резервуарі. 2. Резервуар за п. 1, у якому запобіжний клапан встановлений на верхньому кінці резервуара, так щоб випускати спочатку повітря, а потім воду-теплоносій. 4 UA 102242 C2 5 3. Резервуар за п. 1 або 2, у якому датчик рівня води встановлений у такий спосіб, щоб нижній кінець датчика рівня води був розташований у безпосередній близькості до поверхні дна резервуара. 4. Резервуар за п. 1 або 2, у якому датчик рівня води виконаний з можливістю визначення припустимості рівня води та нормального режиму роботи циркуляційної помпи, за умови зменшення внутрішнього тиску у резервуарі по відношенню до атмосферного. 5 UA 102242 C2 6 UA 102242 C2 7 UA 102242 C2 8 UA 102242 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9