Автономна паровакуумна система опалення з циклічним самоузгодженим тепловим режимом

Реферат: Автономна паровакуумна система опалення з циклічним самоузгодженим тепловим режимом включає пристрій для створення пари, пристрій для створення вакууму, опалювальні прилади, паропровід, вакуумпровід, запірну та запірно-регулюючу арматуру. Система виконана у вигляді замкненого герметичного циркуляційного теплового контуру та керуючого контуру для забезпечення циклічного режиму. UA 89954 U (54) АВТОНОМНА ПАРОВАКУУМНА СИСТЕМА ОПАЛЕННЯ З ЦИКЛІЧНИМ САМОУЗГОДЖЕНИМ ТЕПЛОВИМ РЕЖИМОМ UA 89954 U UA 89954 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до автономних систем опалення окремих приміщень та цілих будинків і може бути використана для обігріву житлових, офісних та промислових споруд. Значення теплового комфорту для здоров'я, працездатності і настрою людини важко переоцінити. Для того, щоб створити комфортні умови в приміщенні, людство придумало безліч систем і приладів. Найбільш поширеним способом обігріву приміщень, на сьогоднішній день, залишається стандартна система водяного опалювання, з подачею гарячої води в радіатори з центральної тепломережі. Але останнім часом, стрімко набирають популярність альтернативні системи обігріву, що дозволяють автономно обігрівати приміщення, отримуючи бажаний температурний режим впродовж року. Крім того, актуальним нині стало питання збереження енергоресурсів і екологічної безпеки в сучасних системах опалювання. Відома двоконтурна система парового опалювання [1], що містить випарник, парову і конденсату магістралі, нагрівальні прилади і ежектор, яка додатково забезпечена сепаратором пари, при цьому випарник виконаний вакуумним, а ежектор встановлений в кінці конденсатної магістралі. Недоліком системи є необхідність вживання досить складного сепаратора пари, двох контурів опалювання, що значно підвищує вартість пристрою і робить його складним в експлуатації. Відома система вакуум-парового опалювання [2] з водою і її парами як робоче тіло, в теплопередавальному контурі якої підтримується розрідження за допомогою вакуумного насоса. Дана система дозволяє шляхом зниження робочого тиску пари води нижче за атмосферний тиск понизити робочу температуру опалювальних приладів до необхідних параметрів. Недоліком відомої системи [2] є необхідність вживання дорогого вакуумного насоса і погана робота конденсаційних горщиків, пов'язана з малим перепадом тиску між конденсаційними опалювальними приладами і теплопроводом, що його відводить. Найближчим аналогом корисної моделі є вакуум-парова система [3], що включає пристрій для створення пари, пристрій для створення вакууму, опалювальні прилади, паропровід, вакуумпровід, запірну та запірно-регулюючу арматуру. Зазначений відомий аналог містить котел, парозбірник, паропроводи, крани, опалювальні прилади, конденсатовідвідники, конденсатопроводи і поршневий пристрій для безперервної підтримки вакууму. Недоліками найближчого аналогу є значна витрата електроенергії на нагрів води до 100 С, на роботу електродвигуна поршневого насоса, необхідність застосування пристроїв для автоматичного відведення конденсату, вторинного зворотного контуру, що призводить до перевитрати матеріалів зниження коефіцієнту корисної дії та дорожчання пристрою як у виготовленні, так і в експлуатації. В основу корисної моделі поставлена задача знизити енергоспоживання системи, спростити конструкцію системи та знизити витрати на її виготовлення шляхом забезпечення роботи запропонованої системи опалення в самоузгодженому режимі, створюючи умови термодинамічної рівноваги двох фазових станів рідина-пар, пар-рідина. Маса пари, що генерується парогенератором дорівнює масі конденсату, що повертається в парогенератор. Поставлена задача вирішується тим, що автономна паровакуумна система опалення з циклічним самоузгодженим тепловим режимом включає пристрій для створення пари, пристрій для створення вакууму, опалювальні прилади, паропровід, вакуумпровід, запірну та запірнорегулюючу арматуру, згідно з корисною моделлю, виконана у вигляді замкненого герметичного циркуляційного теплового контуру та керуючого контуру для забезпечення циклічного режиму. Крім того, пристрій для створення пари являє собою парогенератор з електричним нагрівальним елементом. Крім того, пристрій для створення вакууму виконано від'ємним після створення початкового вакууму в тепловому контурі системи. Керуючий контур системи опалення містить сполучений з встановленими в парогенераторі і на опалювальних приладах датчикамитемператури контролер з виконавчим механізмом, з'єднаним з електроживленням нагрівального елемента парогенератора. Тепловий контур системи виконаний з можливістю підключення одного або декількох опалювальних приладів. В основу корисної моделі закладено принцип термодинамічної рівноваги двох фазових станів: рідина-пара, пара-рідина, в результаті якого, опалювальна система працює в самоузгодженому тепловому режимі, завдяки якому вакуум в герметичному замкненому робочому об'ємі залишається постійним протягом усього строку експлуатації. Реалізація такого режиму роботи дозволяє значно скоротити енерговитрати та істотно спростити конструкцію опалювальної системи, що заявляється. 1 UA 89954 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Технічний результат досягається тим, що система паровакуумного опалення відкачується один раз і не потребує постійного відкачування, а отже не вимагає постійної роботи електродвигуна, при цьому термодинамічна рівновага досягається створенням необхідних початкових параметрів (робочої температури радіатора (30-70 °C) і потужності, що підводиться до електричного нагрівального елементу і залежить як від температури опалювального радіатора так і від об'єму опалювальної системи). Корисна модель пояснюється кресленнями (фіг. 1 та фіг. 2). На фіг. 1 показана блок-схема пристрою автономної паровакуумної системи опалення з циклічним самоузгодженим тепловим режимом. На фіг. 2 показані характерні залежності температури в парогенераторі (крива Т,1) і на опалювальному радіаторі (крива Т,2) від часу, одержані при стендових випробуваннях корисної моделі. На блок-схемі (фіг. 1) умовно зображені такі елементи: парогенератор 1 з робочою рідиною, об'єм якої знаходиться в певному співвідношенні із загальним об'ємом опалювальної системи, нагрівальний елемент 3, паропровід 4 з вентилем регулювання швидкості подачі пари 5, опалювальні прилади у вигляді опалювальних радіаторів 6, вакуумний насос 7, вакуумпровід 8 з вентилем тонкого регулювання вакууму 9, стрілочний вимірювач вакууму 10, датчики температури в парогенераторі 12 та на опалювальних радіаторах 13, контролер з виконавчим механізмом 14, джерело електроживлення 15. Вакуумпровід 8 і вакуумний насос 7 утворюють пристрій для створення вакууму 11, який від'єднують після монтажу та створення початкового вакууму в циркуляційному контурі системи. Стрілками з буквеними позначеннями П і К (фіг. 1) показано напрямки руху пари П і конденсату К в паропроводі 4, відповідно. Сконденсована робоча рідина повертається в парогенератор через той же паропровід, завдяки негативному куті його нахилу по відношенню до опалювальних радіаторів. Паровакуумна система опалення працює наступним чином: Парогенератор 1 заповнюють робочою рідиною 2. Перед включенням системи опалення за допомогою вакуумного насоса 7 через вакуумпровід 8 в її робочому об'ємі створюють вакуум порядку 3,9 кПа, який визначають за таблицями теплофізичних властивостей води та водяної пари [4]. Швидкість відкачування регулюють за допомогою вентиля тонкого регулювання вакууму 9. Контроль за процесом відкачки системи опалення та тиском в процесі експлуатації здійснюють за допомогою стрілочного вимірювача вакууму 10. Після створення початкового вакууму в тепловому контурі системи пристрій для створення вакууму 11, що містить вакуумпровід 8 і вакуумний насос 7 від'єднують. Далі система паровакуумного опалення працює в замкнутому режимі. Після подачі напруги від джерела електроживлення 15 на контролер і виконавчий механізм системи опалення відбувається автоматичне включення нагрівального елемента 3 парогенератора 1. На контролері 14 попередньо задають робочу температуру в парогенераторі і діапазон її зміни. Нагрівальний елемент 3 автоматично вимикається при досягненні заданої температури в парогенераторі. При зниженні температури в парогенераторі, на заздалегідь встановлену величину гістерезису, відбувається автоматичне включення нагрівального елемента 3. Подальша робота паровакуумної системи опалення відбувається повністю в автоматичному режимі. Швидкість подачі пари в систему може регулюватися за допомогою вентиля 5. Таким чином, робота парогенератора відбувається в циклічному режимі, що призводить до значного зниження енергоспоживання системи опалення в цілому. Система опалення була випробувана на стенді, який включав парогенератор об'ємом 3600 3 см , паропровід внутрішнім діаметром 40 мм, опалювальний радіатор виробництва італійської фірми FERROLI GROUP (CLAN N 500). Використовувалися промисловий контролер з напівпровідниковими датчиками температури. Максимальна потужність, що підводиться становила 720 Вт. Задана температура на контролері становила 70 °C (фіг. 2). Гістерезис дорівнював 2 С. На фіг. 2 видно характерний перехід роботи опалювального пристрою в циклічний режим через 1200 °C після його ввімкнення. В якості робочої рідини використовувалася вода, що дистилює. Перевагами пропонованої системи опалення є: - робота системи в самоузгодженому режимі, при якому тиск в системі опалення залишається постійним; - опалювальна система не вимагає постійної відкачування на вакуум протягом усього періоду експлуатації; - простота конструкції, відсутність зворотного контуру опалення; 2 UA 89954 U 5 10 15 - невеликі розміри і малі витрати на матеріали і монтаж системи опалення в порівнянні з вживаними в даний час; - мала інерційність і швидкий прогрів системи; - можливість швидкої перебудови режиму опалення в залежності від температури довкілля; - простота в експлуатації і обслуговуванні; - безпека в експлуатації; - екологічна чистота при використанні води і інших безпечних робочих рідин; - автономність системи. Джерело інформації: 1. Патент RU № 2016354, F24D1/00, опубл. 15.07.1994. 2. Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление: Учеб. для вузов. - М: Стройиздат, 1991, С. 16, 384-404. 3. Патент RU № 2195608, F24D1/00, опубл. 27.12.2002. 4. Александров А, Григорьев Б. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. М.: Издательство МЭИ, 1999, с. 54-56, 168 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 1. Автономна паровакуумна система опалення з циклічним самоузгодженим тепловим режимом, що включає пристрій для створення пари, пристрій для створення вакууму, опалювальні прилади, паропровід, вакуумпровід, запірну та запірно-регулюючу арматуру, яка відрізняється тим, що виконана у вигляді замкненого герметичного циркуляційного теплового контуру та керуючого контуру для забезпечення циклічного режиму. 2. Система опалення за п. 1, яка відрізняється тим, що пристрій для створення пари являє собою парогенератор з електричним нагрівальним елементом. 3. Система опалення за п. 1 або п. 2, яка відрізняється тим, що пристрій для створення вакууму виконано від'ємним після створення початкового вакууму у тепловому контурі системи. 4. Система опалення за пп. 1-3, яка відрізняється тим, що керуючий контур містить сполучений з встановленими в парогенераторі і на опалювальних приладах датчиками температури контролер з виконавчим механізмом, з'єднаним з електроживленням нагрівального елемента парогенератора. 5. Система опалення за пп. 1-4, яка відрізняється тим, що тепловий контур виконаний з можливістю підключення одного опалювального приладу. 6. Система опалення за пп. 1-4, яка відрізняється тим, що тепловий контур виконаний з можливістю підключення декількох опалювальних приладів. 3 UA 89954 U Комп’ютерна верстка В. Мацело 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 4