Система теплопостачання на основі теплоакумулятора

Реферат: Система теплопостачання на основі теплоакумулятора містить теплоакумулятор для теплоносія - рідини, нагрівач, трубопроводи, циркуляційний насос, а також блок управління і датчики температури, підключені до відповідних входів блока управління і розташовані на визначених елементах системи, та керовані клапани, встановлені на визначених місцях трубопроводів і підключені до відповідних виходів блока управління. Нагрівач системи виконаний у вигляді електроіндукційного нагріваючого пристрою - трансформатора, вторинна обмотка якого виготовлена у вигляді металевої труби. Система містить три циркуляційних контури "гарячого" теплоносія, два циркуляційних насоси і забезпечена поверхневим рекуперативним теплообмінником. Теплоакумулятор виготовлений у вигляді термоізольованої ємності, яка має два входи і два виходи, перший вхід якої розташований у нижній частині ємності, другий - у верхній частині, перший вихід теплоакумулятора розташований у його верхній частині, другий вихід - у нижній частині. Перший циркуляційний контур "гарячого" теплоносія утворений між виходом труби електроіндукційного нагріваючого пристрою, першим циркуляційним насосом, трубопроводом з керованими клапанами, входом першої порожнини поверхневого теплообмінника, виходом першої порожнини теплообмінника, трубопроводом з керованим клапаном і входом труби електроіндукційного нагріваючого пристрою. Другий циркуляційний контур "гарячого" теплоносія утворений між другим виходом теплоакумулятора, другим циркуляційним насосом, трубопроводом з керованим клапаном, входом першої порожнини поверхневого теплообмінника, виходом першої порожнини теплообмінника, трубопроводом з керованим клапаном та другим входом теплоакумулятора. Третій циркуляційний контур "гарячого" теплоносія утворений між виходом труби електроіндукційного нагріваючого пристрою, першим циркуляційним насосом, трубопроводом з керованим клапаном, першим входом теплоакумулятора, першим виходом теплоакумулятора, трубопроводом з керованим клапаном та входом труби електроіндукційного нагріваючого пристрою. Блок управління системою забезпечений програмним статком для можливості одночасної роботи першого та третього циркуляційних контурів або лише другого UA 97492 U (12) UA 97492 U циркуляційного контуру "гарячого" теплоносія шляхом управління роботою електроіндукційного пристрою, керованими клапанами та циркуляційними насосами. UA 97492 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропонована корисна модель належить до теплотехніки, зокрема до теплопостачання та гарячого водопостачання, а більш точно - до системи теплопостачання на основі теплоакумулятора, яка може бути використана в житлово-комунальному господарстві, у тому числі на соціальних об'єктах, таких як школи, дитячі садки, лікарні тощо, де потрібне нагрівання води (рідини) та її тривале зберігання з досягнутою температурою. Найбільш близьким аналогом до пропонованої корисної моделі за кількістю суттєвих ознак є система теплопостачання на основі теплоакумулятора, що містить теплоакумулятор для теплоносія - рідини, нагрівач, трубопроводи, циркуляційний насос, а також блок управління і датчики температури, підключені до відповідних входів блока управління і розташовані на визначених елементах системи та керовані клапани, встановлені на визначених місцях трубопроводів і підключені до відповідних виходів блока управління [Патент на корисну модель № 34979 Україна, МПК (2006) F24D3/00, F24D13/00, F24D17/00; опубл. 26.08.2008, бюл. № 16]. У згаданій системі як нагрівачі використані ТЕНи, розташовані всередині бака теплоакумулятора у теплоносії. Згадана система є недостатньо надійною. Це обумовлено використанням у системі ТЕНів. Під час роботи температури на поверхні і всередині ТЕНу є суттєво різними. Так температура на поверхні ТЕНу - 800-850 °C, а температура навколишнього теплоносія - води - не перевищує 100 °C. При цьому під час роботи системи виникають зміни температури і всередині ТЕНу під час включення - подання на нього живлючого струму та виключення, і теплоносія навколо оболонки ТЕНу, що приводить до виникнення термічних навантажень на оболонку ТЕНу і її руйнування через певний час роботи. Окрім сказаного, є висока вірогідність враження електричним струмом користувачів системи у випадку руйнування оболонки ТЕНу у середовищі теплоносія, тому згадана система в цілому є і недостатньо безпечною. В основу пропонованої корисної моделі поставлено задачу створення такої системи теплопостачання на основі теплоакумулятора, яка б була більш надійною та безпечною Поставлена задача вирішується за рахунок використання для нагрівання теплоносія у системі електроіндукційного нагрівального пристрою, конструктивні елементи якого, що живляться від електричного струму високої напруги, не контактували б з теплоносієм. Поставлена задача вирішується за рахунок використання для нагрівання теплоносія у системі електроіндукційного нагрівального пристрою, конструктивні елементи якого, що живляться від електричного струму високої напруги, не контактували б з теплоносієм. Пропонована, як і відома система теплопостачання на основі теплоакумулятора, містить теплоакумулятор для теплоносія - рідини, нагрівач, трубопроводи, циркуляційний насос, а також блок управління і датчики температури, підключені до відповідних входів блока управління і розташовані на визначених елементах системи та керовані клапани, встановлені на визначених місцях трубопроводів і підключені до відповідних виходів блока управління, згідно з корисною моделлю, нагрівач системи виконаний у вигляді електроіндукційного нагріваючого пристрою трансформатора, вторинна обмотка якого виготовлена у вигляді металевої труби, призначеної для прокачування через неї теплоносія, система включає три циркуляційних контури "гарячого" теплоносія, два циркуляційних насоси і забезпечена поверхневим рекуперативним теплообмінником, утвореним з двох, що мають загальну стінку, порожнин, кожна з яких має вхід і вихід, перша порожнина входить до складу системи теплопостачання, друга - призначена для приєднання до системи споживача тепла, а теплоакумулятор виготовлений у вигляді термоізольованої ємності, яка має два входи і два виходи, перший вхід якої розташований у нижній частині ємності, другий - у верхній частині, перший вихід теплоакумулятора розташований у його верхній частині, другий вихід - у нижній частині, при цьому перший циркуляційний контур "гарячого" теплоносія утворений між виходом труби електроіндукційного нагріваючого пристрою, першим циркуляційним насосом, трубопроводом з керованими клапанами, входом першої порожнини поверхневого теплообмінника, виходом першої порожнини теплообмінника, трубопроводом з керованим клапаном і входом труби електроіндукційного нагріваючого пристрою, другий циркуляційний контур "гарячого" теплоносія утворений між другим виходом теплоакумулятора, другим циркуляційним насосом, трубопроводом з керованим клапаном, входом першої порожнини поверхневого теплообмінника, виходом першої порожнини теплообмінника, трубопроводом з керованим клапаном та другим входом теплоакумулятора, третій циркуляційний контур "гарячого" теплоносія утворений між виходом труби електроіндукційного нагріваючого пристрою, першим циркуляційним насосом, трубопроводом з керованим клапаном, першим входом теплоакумулятора, першим виходом теплоакумулятора, трубопроводом з керованим клапаном та входом труби електроіндукційного нагріваючого пристрою, а блок управління системою забезпечений програмним статком для можливості одночасної роботи першого та третього 1 UA 97492 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 циркуляційних контурів або лише другого циркуляційного контуру "гарячого" теплоносія, шляхом управління роботою електроіндукційного пристрою, керованими клапанами та циркуляційними насосами. Особливістю пропонованої системи є і те, що вторинна обмотка трансформатора - труба виготовлена з електротехнічної сталі. Ще одною особливістю пропонованої системи є і те, що вона забезпечена джерелом живлення "гарячого" теплоносія, вихід якого через керований клапан з'єднаний із входом труби електроіндукційного нагріваючого пристрою. Наявність у пропонованій системі нагрівача у вигляді електроіндукційного нагріваючого пристрою - трансформатора зі спадаючою характеристикою, вторинна обмотка якого виготовлена у вигляді металевої труби з електротехнічної сталі, забезпечує високу надійність, довговічність та високий рівень безпеки системи. Це досягається тим, що первинна обмотка трансформатора, через яку проходить змінний електричний струм високої напруги, не контактує з теплоносієм, а безпечна для людини змінна напруга (2-3 В), наведена у вторинній обмотці трансформатора - металевій трубі - нагріває цю трубу, за рахунок чого нагрівається теплоносій - рідина, що прокачується через згадану трубу. Оскільки до складу пропонованої системи входить поверхневий теплообмінник, є можливість використовувати у контурах системи технічну рідину - воду,яку не піддають хімічній обробці, а в контурі споживача або гарячого водопостачання - на "іншій стороні" поверхневого теплообмінника - використовувати хімічно чистий теплоносій. Завдяки поверхневому теплообміннику різні по якості та собівартості теплоносії не змішуються. Суть пропонованої корисної моделі пояснюється кресленням, на якому зображено схему системи теплопостачання. Пропонована система теплопостачання на основі теплоакумулятора включає три циркуляційних контури "гарячого" теплоносія. Перший циркуляційний контур "гарячого" теплоносія утворений між виходом 1 електроіндукційного нагріваючого пристрою 2 - трансформатора зі спадною характеристикою, вторинна обмотка якого виготовлена у вигляді металевої труби з електротехнічної сталі, першим циркуляційним насосом 3, трубопроводом 4 з керованими клапанами 5 і 6, входом 7 першої порожнини поверхневого теплообмінника 8 наприклад, кожухотрубного або пластинчастого, виходом 9 першої порожнини теплообмінника, трубопроводом 10 з керованим клапаном 11 і входом 12 труби електроіндукційного нагріваючого пристрою 2. Другий циркуляційний контур "гарячого" теплоносія утворений між другим виходом 13 теплоакумулятора 14, другим циркуляційним насосом 15, трубопроводом з керованим клапаном 16, входом 7 першої порожнини поверхневого теплообмінника 8, виходом 9 першої порожнини теплообмінника 8, трубопроводом з керованим клапаном 17 та другим входом 18 теплоакумулятора 14. Третій циркуляційний контур "гарячого" теплоносія утворений між виходом 1 труби електроіндукційного нагріваючого пристрою 2, першим циркуляційним насосом 3, трубопроводом з керованим клапаном 19, першим входом 20 теплоакумулятора 14, першим виходом 21 теплоакумулятора 14, трубопроводом з керованим клапаном 22 та входом 12 труби електроіндукційного нагріваючого пристрою 2. При цьому бак теплоакумулятора 14 забезпечений термоізоляцією 23. Система забезпечена також джерелом живлення "гарячого" теплоносія, вихід якого 24 через керований клапан 25 з'єднаний зі входом 12 труби електроіндукційного нагріваючого пристрою 2. Вхід 26 і вихід 27 другої порожнини поверхневого теплообмінника 8 приєднані, відповідно, до виходу і входу системи споживача тепла 28. Як блок управління системою застосований програмований логічний контролер ПЛК зі встановленим відповідним програмним статком /не показано/. Таким блоком управління може бути, наприклад ПЛК марки Twido, інформація про який наведена на сайті http://www.electroimport.com.ua/?a=se02. ПЛК може забезпечити або одночасну роботу першого та третього циркуляційних контурів, або лише другого циркуляційного контуру "гарячого" теплоносія шляхом управління електроіндукційним нагріваючим пристроєм 2, керованими клапанами 5, 6, 11, 16, 17, 18, 22, 25 та циркуляційними насосами 3 і 15 в залежності від температури теплоносія на виході 1 та на вході 22 труби нагріваючого пристрою 2, у теплоакумуляторі 14 та у порожнинах поверхневого теплообмінника 8. Температуру у згаданих елементах вимірюють за допомогою термопар, виходи яких підключені до відповідних входів блока управління системою /не показано/. Система також забезпечена таймером /не показано/, вихід якого підключений до відповідного входу блока управління. Таймер призначений для 2 UA 97492 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 автоматичного задання системі нічного чи денного тарифів щодо споживання електроенергії і відповідного переключення системи на накопичення гарячого теплоносія у теплоакумуляторі 14. Пропонована система працює наступним чином. Нічний режим роботи. Із виходу 24 джерела живлення - технічної води через відкритий керований клапан 25 теплоносій подають на вхід 12 труби електроіндукційного нагріваючого пристрою 2, де теплоносій нагрівають до температури 96-97 °C. Далі, нагрітий теплоносій за допомогою першого циркуляційного насоса 3 через відкриті керовані вентилі 5 та 6 через вхід 7 подають до першої порожнини поверхневого теплообмінника 8, друга порожнина якого заповнена теплоносієм системи споживача тепла 28. Теплоносій, віддавши через поверхневий теплообмінник 8 своє тепло хімічно чистому теплоносію системи споживача, теплоносій пропонованої системи (технічна вода) через відкритий керований вентиль 11 повертається на вхід 12 труби електроіндукційного нагріваючого пристрою 2. Одночасно через відкритий вентиль 18 і вхід 20 теплоакумулятора 14 гарячий теплоносій з температурою 97 °C заповнює теплоакумулятор 14 до визначеного рівня. При цьому вентилі 16, 17, 22 і 25 перекриті, а другий циркуляційний насос 15 вимкнений. Таким чином у період дії нічного тарифу роботи електроіндукційного нагріваючого пристрою 2 забезпечується подача тепла у поверхневий теплообмінник 8, який забезпечує роботу системи тепломережі споживача тепла 28. Одночасно повністю заповнюється гарячим теплоносієм (водою з температурою 96-97 °C) теплоакумулятор 14. Денний режим роботи. У відповідності з сигналом таймера блок управління переводить систему у денний режим роботи, при якому збільшується тариф за користування електроенергією. При цьому блок управління вимикає нагріваючий пристрій 2, вимикає перший циркуляційний насос 3, перекриває керовані клапани 18, 5, 6, 11. Одночасно включається у роботу другий циркуляційний насос 15, відкриваються керовані клапани 16, 17. Поверхневий теплообмінник 8 отримує гарячий теплоносій з теплоакумулятора 14. Об'єм бака теплоакумулятора 14 розраховується таким чином, що маси теплоносія (технічної води) вистачає для підтримування потрібної температури "холодного" хімічно чистого теплоносія у системі тепломережі споживача тепла 28. Якщо, наприклад, через аномально холодну погоду і т.п. - температура води у теплоакумуляторі 14 знижується на стільки, що не вдається забезпечити підтримання необхідної температури в системі тепломережі споживача 28, за сигналами з відповідних термопар блок управління вмикає електроіндукційний нагріваючий пристрій 2 на "денному" тарифі. При цьому вмикається перший циркуляційний насос 3, відкриваються керовані клапани 18 і 5. Одночасно може працювати третій циркуляційний контур "гарячого" теплоносія. Застосований у пропонованій системі електроіндукційний нагріваючий пристрій 2 має такі переваги порівняно з традиційними нагрівальними пристроями: - підвищену надійність через відсутність елементів, що зношуються; - ресурс - до 30 років; - підвищену електробезпеку - відповідає другому класу захисту від поразки електричним струмом. Окрім сказаного, електроіндукційний нагріваючий пристрій 2 працює на промисловій частоті (50 Гц) і має такі енергетичні показники - ККД 98 % і коефіцієнт потужності 0,985. Інші переваги електроіндукційного нагріваючого пристрою 2 такі: - безпека навколишнього середовища і здоров'я людей; - пожежо- і вибухобезпечність; - відсутність місцевих перегрівів, рівномірний нагрів (малий градієнт температур між теплоносієм і теплообмінним пристроєм); - не потребує узгодження на установку з органами котлонагляду; - простота підключення, експлуатації і обслуговування (відсутня необхідність утримувати висококваліфікований обслуговуючий персонал); - невимогливість до хімічного складу води у системі; - автономність; - працює з автоматизованою системою управління, яка забезпечує високу точність підтримки заданих параметрів. Електроіндукційний нагріваючий пристрій 2 забезпечує теплопостачання та гаряче водопостачання в будівлі та нагріває воду в теплоакумуляторі до 97 °C в період дії нічного тарифу на електроенергію (з 23.00 до 6.00 год.), після 6.00 години ранку блок управління 3 UA 97492 U 5 10 15 20 25 30 вимикає нагріваючий пристрій 2 і вмикає в роботу теплоакумулятор 14 - теплоізольовану ємність обсягом 10-15 м3, яка забезпечує теплопостачання у денний час. Контакт теплоносія гарячої води, з теплоакумулятора 14 та теплоносія з системи теплопостачання будівлі відбувається через перегородку теплообмінника 8. Перелік позицій на схемі: 1 - вихід електроіндукційного нагріваючого пристрою 2 - електроіндукційний нагріваючий пристрій 3 - перший циркуляційний насос 4 - трубопровід 5, 6 - керовані клапани 7 - вхід першої порожнини поверхневого теплообмінника 8 - поверхневий теплообмінник 9 - вихід першої порожнини теплообмінника 10 - трубопровід 11 - керований клапан 12 - вхід труби електроіндукційного нагріваючого пристрою 13 - другий вихід теплоакумулятора 14 14 - теплоакумулятор 15 - другий циркуляційний насос 16, 17 - керовані клапани 18 - другий вхід теплоакумулятора 14 19 - керований клапан 20 - перший вхід теплоакумулятора 14 21 - перший вихід теплоакумулятора 14 22 - керований клапан 23 - вхід труби електроіндукційного нагріваючого пристрою 2 24 - вихід джерела живлення "гарячого" теплоносія 25 - керований клапан 26 - вхід другої порожнини поверхневого теплообмінника 8 27 - вихід другої порожнини поверхневого теплообмінника 8 28 - система споживача тепла. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 50 55 60 1. Система теплопостачання на основі теплоакумулятора, яка включає теплоакумулятор для теплоносія - рідини, нагрівач, трубопроводи, циркуляційний насос, а також блок управління і датчики температури, підключені до відповідних входів блока управління і розташовані на визначених елементах системи, та керовані клапани, встановлені на визначених місцях трубопроводів і підключені до відповідних виходів блока управління, яка відрізняється тим, що нагрівач системи виконаний у вигляді електроіндукційного нагріваючого пристрою трансформатора, вторинна обмотка якого виготовлена у вигляді металевої труби, призначеної для прокачування через неї теплоносія, система включає три циркуляційних контури "гарячого" теплоносія, два циркуляційних насоси і забезпечена поверхневим рекуперативним теплообмінником, утвореним з двох, що мають загальну стінку, порожнин, кожна з яких має вхід і вихід, перша порожнина входить до складу системи теплопостачання, друга - призначена для приєднання до системи споживача тепла, а теплоакумулятор виготовлений у вигляді термоізольованої ємності, яка має два входи і два виходи, перший вхід якої розташований у нижній частині ємності, другий - у верхній частині, перший вихід теплоакумулятора розташований у його верхній частині, другий вихід - у нижній частині, при цьому перший циркуляційний контур "гарячого" теплоносія утворений між виходом труби електроіндукційного нагріваючого пристрою, першим циркуляційним насосом, трубопроводом з керованими клапанами, входом першої порожнини поверхневого теплообмінника, виходом першої порожнини теплообмінника, трубопроводом з керованим клапаном і входом труби електроіндукційного нагріваючого пристрою, другий циркуляційний контур "гарячого" теплоносія утворений між другим виходом теплоакумулятора, другим циркуляційним насосом, трубопроводом з керованим клапаном, входом першої порожнини поверхневого теплообмінника, виходом першої порожнини теплообмінника, трубопроводом з керованим клапаном та другим входом теплоакумулятора, третій циркуляційний контур "гарячого" теплоносія утворений між виходом труби електроіндукційного нагріваючого пристрою, першим циркуляційним насосом, трубопроводом з 4 UA 97492 U 5 10 керованим клапаном, першим входом теплоакумулятора, першим виходом теплоакумулятора, трубопроводом з керованим клапаном та входом труби електроіндукційного нагріваючого пристрою, а блок управління системою забезпечений програмним статком для можливості одночасної роботи першого та третього циркуляційних контурів або лише другого циркуляційного контуру "гарячого" теплоносія шляхом управління роботою електроіндукційного пристрою, керованими клапанами та циркуляційними насосами. 2. Система теплопостачання на основі теплоакумулятора за п. 1, яка відрізняється тим, що вторинна обмотка трансформатора - труба - виготовлена з електротехнічної сталі. 3. Система теплопостачання на основі теплоакумулятора за п. 1, яка відрізняється тим, що вона забезпечена джерелом живлення "гарячого" теплоносія, вихід якого через керований клапан з'єднаний із входом труби електроіндукційного нагріваючого пристрою. 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 5