RU150791U1

RU150791U1 - HEATING SYSTEM

Info

Publication number: RU150791U1
Application number: RU2014110104/12U
Authority: RU
Inventors: Виктор Петрович Белов; Кирилл Анатольевич Селеня; Сергей Степанович Щесняк
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научный центр прикладной электродинамики"
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2015-02-27

Abstract

1. Система отопления, содержащая образующие замкнутый контур насос-нагреватель в виде герметичной рабочей камеры, снабженной электрическим нагревательным элементом, всасывающим патрубком и нагнетательным патрубком, снабженным обратным клапаном, подающую магистраль для теплоносителя, по меньшей мере, один нагревательный прибор, обратную магистраль для теплоносителя и емкость для теплоносителя, сообщающуюся с атмосферой, а также устройство управления, подключенное к насосу-нагревателю, отличающаяся тем, что ее насос-нагреватель снабжен испарителем в виде стакана, установленного в верхней части рабочей камеры, нагревательный элемент установлен в стакане испарителя, входное отверстие нагнетательного патрубка размещено в донной части рабочей камеры, а всасывающий патрубок установлен в верхней части рабочей камеры выше стакана испарителя и снабжен прямым клапаном.2. Система по п.1, отличающаяся тем, что нагревательный элемент выполнен в виде резистивного нагревательного элемента.3. Система по п.2, отличающаяся тем, что резистивный нагревательный элемент выполнен на основе нихромовой проволоки.4. Система по п.1, отличающаяся тем, что нагревательный элемент установлен в донной части стакана испарителя.5. Система по п.1, отличающаяся тем, что ее насос-нагреватель снабжен активатором конденсации в виде пластины, превышающей по своим размерам в плане размеры в плане стакана испарителя и установленной над стаканом испарителя ниже всасывающего патрубка с образованием зазора между ней и кромкой стакана испарителя.6. Система по п.5, отличающаяся тем, что периферийные участки пластины активатора конденсации, располож1. A heating system containing a closed loop pump-heater in the form of a sealed working chamber equipped with an electric heating element, a suction pipe and a discharge pipe equipped with a check valve, a supply pipe for the coolant, at least one heating device, a return pipe for the coolant and a container for a coolant in communication with the atmosphere, as well as a control device connected to the heating pump, characterized in that its heating pump is provided with n the evaporator in the form of a cup mounted in the upper part of the working chamber, the heating element is installed in the cup of the evaporator, the inlet of the discharge pipe is placed in the bottom of the working chamber, and the suction pipe is installed in the upper part of the working chamber above the cup of the evaporator and is equipped with a direct valve. 2. The system according to claim 1, characterized in that the heating element is made in the form of a resistive heating element. The system according to claim 2, characterized in that the resistive heating element is made on the basis of a nichrome wire. The system according to claim 1, characterized in that the heating element is installed in the bottom of the evaporator cup. The system according to claim 1, characterized in that its heater pump is equipped with a condensation activator in the form of a plate that is larger than the dimensions in terms of the evaporator cup and installed above the evaporator cup below the suction nozzle to form a gap between it and the edge of the evaporator cup. 6. The system according to claim 5, characterized in that the peripheral portions of the condensation activator plate are located

Description

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, а именно к автономным системам отопления помещений с электрическим нагревом и принудительной циркуляцией теплоносителя, и преимущественно может быть использована в строительстве при отсутствии системы центрального отопления.The utility model relates to the field of power engineering, namely to autonomous heating systems for rooms with electric heating and forced circulation of the coolant, and can mainly be used in construction in the absence of a central heating system.

Известны автономные системы отопления с электрическим нагревом и принудительной циркуляцией теплоносителя (RU 2121627 C1, 1998; RU 2357155 C1, 2009; 2433354 C1, 2011), которые в общей для них части содержат котел с электрическим нагревательным элементом, подающую и обратную магистрали теплоносителя, циркуляционный насос, по меньшей мере, один нагревательный прибор и расширительный бачок, а также блок автоматического управления.Autonomous heating systems with electric heating and forced circulation of the heat carrier are known (RU 2121627 C1, 1998; RU 2357155 C1, 2009; 2433354 C1, 2011), which in their common part contain a boiler with an electric heating element, the supply and return lines of the heat carrier, circulating a pump, at least one heating device and an expansion tank, as well as an automatic control unit.

Недостаток указанных известных технических решений заключается в использовании в этих автономных системах отопления двух конструктивно самостоятельных узлов: котла с электрическим нагревательным элементом для нагрева теплоносителя и циркуляционного насоса для обеспечения принудительной циркуляции нагретого теплоносителя, что приводит к усложнению конструкции системы отопления, а также к увеличению ее стоимости, энергопотребления и габаритов. Кроме того, использование циркуляционного насоса, имеющего, как правило, подвижные механические элементы, требует снабжения системы отопления средствами звуко- и виброизоляции, что также усложняет ее конструкцию и приводит к увеличению стоимости ее изготовления и монтажа.The disadvantage of these known technical solutions is the use of two structurally independent units in these autonomous heating systems: a boiler with an electric heating element for heating the coolant and a circulation pump to ensure forced circulation of the heated coolant, which leads to a complication of the design of the heating system, as well as an increase in its cost , power consumption and dimensions. In addition, the use of a circulation pump, which, as a rule, has movable mechanical elements, requires the heating system to be equipped with sound and vibration insulation, which also complicates its design and leads to an increase in the cost of its manufacture and installation.

Наиболее близкой по конструкции к системе отопления, являющейся предметом настоящей полезной модели, следует считать известную теплонасосную установку (RU 2173434 C2, 2001), которая предназначена для отопления помещений, например индивидуальных домов, коттеджей и теплиц, и выработки горячей воды для бытовых нужд.The closest in design to the heating system, which is the subject of this utility model, should be considered the well-known heat pump installation (RU 2173434 C2, 2001), which is intended for heating rooms, such as individual houses, cottages and greenhouses, and generating hot water for domestic needs.

Теплонасосная установка, являющаяся ближайшим аналогом, содержит герметичный бак с расположенными в нем электрическим нагревательным элементом и датчиком уровня жидкости для защиты нагревательного элемента от перегрева при понижении уровня жидкости, входной патрубок, расположенный в нижней части бака, выходной патрубок, расположенный в верхней части (крышке) бака, дополнительную емкость для теплоносителя, сообщающуюся с атмосферой и расположенную не ниже уровня бака, обратный клапан, установленный на входе в дополнительную емкость для теплоносителя, обратный клапан, установленный за дополнительной емкостью для теплоносителя, нагревательный прибор, механическое регулирующее устройство, расположенное в подающей (напорной) магистрали, и блок управления, снабженный электротермодатчиком, установленным на обратной магистрали (перед входным патрубком).The heat pump installation, which is the closest analogue, contains a sealed tank with an electric heating element and a liquid level sensor located in it to protect the heating element from overheating while lowering the liquid level, an inlet pipe located at the bottom of the tank, an outlet pipe located at the top (cover ) a tank, an additional tank for the coolant, communicating with the atmosphere and located not lower than the tank level, a check valve installed at the entrance to the additional tank for I coolant return valve provided for an additional tank for the coolant, a heater, a mechanical adjustment device, located in the supply (discharge) line, and a control unit provided with elektrotermodatchikom installed on the return line (before the inlet).

Использование в теплонасосной установке, являющейся ближайшим аналогом, герметичного бака с расположенным в нем электрическим нагревательным элементом для выполнения функции как нагрева теплоносителя, так и побуждения его к циркуляции по контуру системы отопления обеспечивает упрощение конструкции системы отопления, а также снижает ее стоимость и габариты. Кроме того, при такой конструкции побудителя циркуляции теплоносителя, не содержащей подвижных механических элементов, отпадает необходимость снабжения системы отопления средствами звуко- и виброизоляции, что также упрощает ее конструкцию и приводит к снижению стоимости ее изготовления и монтажа.The use in a heat pump installation, which is the closest analogue, of a sealed tank with an electric heating element located in it to perform the function of both heating the coolant and inducing it to circulate along the heating system circuit, simplifies the design of the heating system and also reduces its cost and dimensions. In addition, with such a design of the stimulator of the circulation of the coolant that does not contain movable mechanical elements, there is no need to supply the heating system with sound and vibration insulation, which also simplifies its design and reduces the cost of its manufacture and installation.

Вместе с тем, недостатком указанной известной теплонасосной установки, являющейся ближайшим аналогом, является недостаточно высокий коэффициент полезного действия при высоком энергопотреблении. Это обусловлено, во-первых, тем, что при таком расположении электрического нагревательного элемента в герметичном баке вблизи его дна, как это выполнено в ближайшем аналоге, для парообразования и увеличения давления в герметичном баке, достаточного для вытеснения воды из герметичного бака в подающую магистраль, необходим нагрев всего объема находящейся в герметичном баке воды до достаточно высокой температуры кипения. Однако, в подающую магистраль и далее в нагревательный прибор поступает лишь сравнительно незначительная часть нагретой воды, что обусловлено размещением выходного патрубка на крышке герметичного бака. Во-вторых, недостаточно высокое значение коэффициента полезного действия связано с недостаточно высокой производительностью герметичного бака по нагнетанию теплоносителя в подающую магистраль, что обусловлено существенным значением времени цикла его работы, определяемым значительным временем охлаждения герметичного бака и конденсации образовавшегося в нем пара, без завершения которых не может начаться очередной цикл всасывания воды.However, the disadvantage of this known heat pump installation, which is the closest analogue, is not a high efficiency with high energy consumption. This is due, firstly, to the fact that with such an arrangement of the electric heating element in the sealed tank near its bottom, as is done in the closest analogue, for vaporization and pressure increase in the sealed tank, sufficient to displace water from the sealed tank into the supply line, it is necessary to heat the entire volume of water in the sealed tank to a sufficiently high boiling point. However, only a relatively insignificant part of the heated water enters the supply line and then to the heating device, which is due to the placement of the outlet pipe on the cover of the sealed tank. Secondly, the insufficiently high value of the efficiency is associated with the insufficiently high productivity of the sealed tank for pumping the coolant into the supply line, which is due to the significant value of the cycle time of its operation, determined by the significant cooling time of the sealed tank and condensation of the vapor formed in it, without completion of which another cycle of water absorption may begin.

Задачей настоящей полезной модели является повышение коэффициента полезного действия системы отопления.The objective of this utility model is to increase the efficiency of the heating system.

Поставленная задача решена, согласно настоящей полезной модели, тем, что система отопления, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, образующие замкнутый контур насос-нагреватель в виде герметичной рабочей камеры, снабженной электрическим нагревательным элементом, всасывающим патрубком и нагнетательным патрубком, снабженным обратным клапаном, подающую магистраль для теплоносителя, по меньшей мере, один нагревательный прибор, обратную магистраль для теплоносителя и емкость для теплоносителя, сообщающуюся с атмосферой, а также устройство управления, подключенное к насосу-нагревателю, отличается от ближайшего аналога тем, что ее насос-нагреватель снабжен испарителем в виде стакана, установленного в верхней части рабочей камеры, нагревательный элемент установлен в стакане испарителя, входное отверстие нагнетательного патрубка размещено в донной части рабочей камеры, а всасывающий патрубок установлен в верхней части рабочей камеры выше стакана испарителя и снабжен прямым клапаном.The problem is solved, according to this utility model, in that the heating system, comprising, in accordance with the closest analogue, forming a closed loop pump-heater in the form of a sealed working chamber equipped with an electric heating element, a suction pipe and a discharge pipe equipped with a check valve, a supply line for a coolant, at least one heating device, a return pipe for a coolant and a container for a coolant in communication with the atmosphere, and the control device connected to the heating pump differs from the closest analogue in that its heating pump is equipped with an evaporator in the form of a cup installed in the upper part of the working chamber, the heating element is installed in the evaporator cup, the inlet of the discharge pipe is located in the bottom of the working chamber and the suction pipe is installed in the upper part of the working chamber above the evaporator cup and is equipped with a direct valve.

При этом нагревательный элемент выполнен в виде резистивного нагревательного элемента, например на основе нихромовой проволоки.In this case, the heating element is made in the form of a resistive heating element, for example, based on a nichrome wire.

Нагревательный элемент установлен в донной части стакана испарителя.The heating element is installed in the bottom of the evaporator cup.

Насос-нагреватель снабжен активатором конденсации в виде пластины, превышающей по своим размерам в плане размеры в плане стакана испарителя и установленной над стаканом испарителя ниже всасывающего патрубка с образованием зазора между ней и кромкой стакана испарителя.The heater pump is equipped with a condensation activator in the form of a plate that exceeds the dimensions in terms of the dimensions in terms of the evaporator cup and is installed above the evaporator cup below the suction nozzle to form a gap between it and the edge of the evaporator cup.

Периферийные участки пластины активатора конденсации, расположенные снаружи по отношению к стенкам стакана испарителя, перфорированы.The peripheral portions of the condensation activator plate located outside with respect to the walls of the evaporator cup are perforated.

На верхней поверхности пластины активатора конденсации по ее контуру выполнен буртик.On the upper surface of the plate of the condensation activator, a flange is made along its contour.

Снабжение насоса-нагревателя системы отопления испарителем в виде стакана, установленного в верхней части рабочей камеры, и размещение нагревательного элемента в стакане испарителя обеспечивает повышение коэффициента полезного действия системы отопления и снижение энергопотребления, поскольку при работе насоса-нагревателя происходит нагрев до парообразования не всего объема теплоносителя, находящегося в рабочей камере, а лишь только теплоносителя, находящегося в стакане испарителя. Вместе с тем, увеличение давления в рабочей камере, обусловленное парообразованием при нагреве теплоносителя в стакане испарителя, оказывается достаточным для вытеснения через нагнетательный патрубок почти всего объема теплоносителя, находящегося в рабочей камере.The supply of the heating pump of the heating system with an evaporator in the form of a cup installed in the upper part of the working chamber, and the placement of the heating element in the cup of the evaporator provides an increase in the efficiency of the heating system and a reduction in energy consumption, since during the operation of the heating pump, not all of the coolant is heated to steam located in the working chamber, but only the coolant in the glass of the evaporator. At the same time, the increase in pressure in the working chamber due to vaporization during heating of the coolant in the evaporator cup is sufficient to displace almost the entire volume of the coolant in the working chamber through the discharge pipe.

Размещение входного отверстия нагнетательного патрубка в донной части рабочей камеры обеспечивает нагнетание через нагнетательный патрубок в подающую магистраль почти всего объема нагретого теплоносителя, находящегося в рабочей камере, что также способствует повышению коэффициента полезного действия системы отопления.Placing the inlet of the discharge pipe in the bottom of the working chamber ensures that almost the entire volume of the heated coolant in the working chamber is injected through the discharge pipe into the supply line, which also helps to increase the efficiency of the heating system.

Размещение всасывающего патрубка в верхней части рабочей камеры выше стакана испарителя обеспечивает уменьшение времени рабочего цикла насоса-нагревателя, приводящее к повышению его производительности и повышению коэффициента полезного действия системы отопления. Это происходит потому, что при окончании стадии нагнетания теплоносителя из рабочей камеры, когда нагревательный элемент отключается от источника электрической энергии и благодаря своим свойствам быстро остывает, из-за попадания пара в нагнетательный патрубок его обратный клапан призакрывается, давление в рабочей камере из-за начала конденсации пара понижается и приоткрывается прямой клапан всасывающего патрубка. В результате этого сначала совсем незначительное количество холодного теплоносителя из всасывающего патрубка поступает в рабочую камеру сверху, вызывая интенсивную конденсацию пара. Далее вследствие снижения давления в рабочей камере через полностью открытый прямой клапан всасывающего патрубка рабочая камера и стакан испарителя наполняются теплоносителем. В результате этого время рабочего цикла насоса-нагревателя системы отопления существенно уменьшается.Placing a suction pipe in the upper part of the working chamber above the evaporator cup provides a reduction in the working cycle of the pump-heater, leading to an increase in its productivity and an increase in the efficiency of the heating system. This is because at the end of the stage of pumping the coolant from the working chamber, when the heating element is disconnected from the electric energy source and due to its properties it cools quickly, due to steam entering the discharge pipe, its non-return valve closes, the pressure in the working chamber is due to the beginning steam condensation decreases and the direct valve of the suction pipe opens. As a result of this, at first a very small amount of cold coolant from the suction pipe enters the working chamber from above, causing intense vapor condensation. Further, due to a decrease in pressure in the working chamber through the fully open direct valve of the suction pipe, the working chamber and the evaporator cup are filled with coolant. As a result of this, the duty cycle of the heating pump of the heating system is significantly reduced.

Размещение нагревательного элемента в донной части стакана испарителя обеспечивает преобразование в парообразную фазу практически всего находящегося в стакане испарителя теплоносителя. Это, с одной стороны, способствует повышению производительности насоса-нагревателя на стадии нагнетания теплоносителя, а, с другой стороны, обеспечивает то, что в процессе парообразования и уменьшения объема теплоносителя в стакане вся площадь поверхности нагревательного элемента остается погруженной в остаток теплоносителя, обеспечивая его дальнейший нагрев и парообразование, что предотвращает нерациональное использование электрической энергии и способствует повышению коэффициента полезного действия системы отопления.Placing the heating element in the bottom of the evaporator cup ensures that almost all of the coolant in the cup is converted to the vapor phase. This, on the one hand, helps to increase the productivity of the pump-heater at the stage of pumping the coolant, and, on the other hand, ensures that during the process of vaporization and reduction of the volume of coolant in the glass, the entire surface area of the heating element remains immersed in the remainder of the coolant, providing further heating and vaporization, which prevents the irrational use of electrical energy and helps to increase the efficiency of the heating system.

Отмеченное свидетельствует о решении декларированной выше задачи настоящей полезной модели благодаря наличию у системы отопления перечисленных выше отличительных признаков.The aforementioned testifies to the solution of the task of the present utility model declared above due to the presence of the above distinctive features in the heating system.

На фиг. 1 схематично показана система отопления, где 1 - насос-нагреватель, 2 - подающая магистраль, 3 - нагревательный прибор, 4 - обратная магистраль, 5 - емкость для теплоносителя, 6 - нагнетательный патрубок и 7 - всасывающий патрубок.In FIG. 1 schematically shows a heating system, where 1 is a pump-heater, 2 is a supply line, 3 is a heating device, 4 is a return line, 5 is a tank for a coolant, 6 is a discharge pipe and 7 is a suction pipe.

На фиг. 2 показан вертикальный разрез насоса-нагревателя 1, где 8 - корпус, 9 - крышка, 10 - рабочая камера, 11 - всасывающий патрубок, 12 - нагнетательный патрубок, 13 - стакан, 14 - нагревательный элемент, 15 - дополнительный нагревательный элемент, 16 - пробка, 17 - прямой клапан, 18 - обратный клапан, 19 - датчик уровня жидкости рабочей камеры, 20 - датчик уровня жидкости испарителя, 21 - активатор конденсации, 22 - буртик, 23 - отверстия, 24 - электрод нагревателя, 25 - дополнительный датчик уровня жидкости испарителя и 26 - электрод датчика.In FIG. 2 shows a vertical section of a pump-heater 1, where 8 is a housing, 9 is a cover, 10 is a working chamber, 11 is a suction pipe, 12 is a discharge pipe, 13 is a glass, 14 is a heating element, 15 is an additional heating element, 16 is plug, 17 - direct valve, 18 - check valve, 19 - liquid level sensor of the working chamber, 20 - evaporator liquid level sensor, 21 - condensation activator, 22 - bead, 23 - holes, 24 - heater electrode, 25 - additional level sensor evaporator liquid and 26 - sensor electrode.

Система отопления содержит (см. фиг. 1) образующие замкнутый контур насос-нагреватель 1, снабженный всасывающим патрубком 7 и нагнетательным патрубком 6, подающую магистраль 2 для теплоносителя, по меньшей мере, один нагревательный прибор 3, например, в виде отопительного радиатора, обратную магистраль 4 для теплоносителя и емкость 5 для теплоносителя, сообщающуюся с атмосферой. Система отопления снабжена устройством управления (на чертежах не показано), выполненным на основе коммутирующих элементов, например по аналогии с ближайшим аналогом, и подключенным к насосу-нагревателю 1, а также датчиком температуры (на чертежах не показан), который установлен, например на нагревательном приборе 3, и подключен к устройству управления.The heating system contains (see Fig. 1) a closed loop pump-heater 1, equipped with a suction pipe 7 and a discharge pipe 6, a supply pipe 2 for the coolant, at least one heating device 3, for example, in the form of a heating radiator, line 4 for the coolant and capacity 5 for the coolant in communication with the atmosphere. The heating system is equipped with a control device (not shown in the drawings) made on the basis of switching elements, for example, by analogy with the closest analogue, and connected to the heating pump 1, as well as a temperature sensor (not shown in the drawings), which is installed, for example, on a heating device 3, and is connected to the control device.

Насос-нагреватель 1 содержит (см. фиг. 2) корпус 8 из полимерного материала, например, цилиндрической формы, с крышкой 9 из полимерного материала, в результате соединения которых образована герметичная рабочая камера 10. В выполненных в крышке 9 отверстиях установлены выполненные из полимерного материала всасывающий патрубок 11 и нагнетательный патрубок 12, соответственно, снаружи и внутри рабочей камеры 10 с обеспечением герметичности их присоединения, причем входное отверстие нагнетательного патрубка 12 размещено в донной части корпуса 8 на расстоянии от дна рабочей камеры 10 не менее 3 мм. Всасывающий патрубок 11 и нагнетательный патрубок 12 снабжены, соответственно, прямым клапаном 17 и обратным клапаном 18. Кроме того, всасывающий патрубок 11 содержит пробку 16, герметично установленную в верхней его части с помощью резьбового соединения.The heater pump 1 contains (see Fig. 2) a housing 8 made of a polymer material, for example, of a cylindrical shape, with a lid 9 of a polymer material, as a result of the connection of which a sealed working chamber 10 is formed. material, the suction pipe 11 and the discharge pipe 12, respectively, outside and inside the working chamber 10 to ensure the tightness of their connection, and the inlet of the discharge pipe 12 is placed in the bottom of the housing 8 on p Normal distance from the bottom of the working chamber 10 is not less than 3 mm. The suction pipe 11 and the discharge pipe 12 are respectively equipped with a direct valve 17 and a non-return valve 18. In addition, the suction pipe 11 includes a plug 16 which is sealed in its upper part by means of a threaded connection.

Насос-нагреватель 1 снабжен датчиком 19 уровня жидкости рабочей камеры, который установлен на электроде 26 датчика, герметично закрепленном в крышке 9 с помощью изолятора (на чертежах не показан), и расположен не ниже входного отверстия нагнетательного патрубка 12 для предотвращения попадания пара в нагнетательный патрубок 12 при окончании стадии нагнетания теплоносителя из рабочей камеры 10. Установка датчика 19 уровня жидкости рабочей камеры выше входного отверстия нагнетательного патрубка 12 более, чем на 0,3 см, нецелесообразна, так как приводит к существенному снижению объема нагнетаемого теплоносителя.The heater pump 1 is equipped with a fluid level sensor 19 of the working chamber, which is mounted on the sensor electrode 26, hermetically fixed in the cover 9 with an insulator (not shown in the drawings), and is located not lower than the inlet of the discharge pipe 12 to prevent steam from entering the discharge pipe 12 at the end of the stage of injection of the coolant from the working chamber 10. Installing the sensor 19 of the liquid level of the working chamber above the inlet of the discharge pipe 12 by more than 0.3 cm is impractical, since dit to significantly reduce the volume of the injected fluid.

Насос-нагреватель 1 также содержит испаритель, который выполнен из полимерного материала в виде полого открытого сверху стакана 13, имеющего, например цилиндрическую форму, и установленного в верхней части корпуса 8 на нагнетательном патрубке 12. Объем стакана 13 испарителя составляет около 10% от объема рабочей камеры 10. Испаритель снабжен резистивным нагревательным элементом 14, который установлен в донной части стакана 13 на двух электродах 24 нагревателя, герметично закрепленных в крышке 9 с помощью изоляторов. В донной части стакана 13 установлен датчик 20 уровня жидкости испарителя, установленный на электроде 26 датчика, герметично закрепленном в крышке 9 с помощью изолятора (на чертежах не показан). Испаритель также содержит дополнительный нагревательный элемент 15, который установлен в верхней части стакана 13 на двух электродах 24 нагревателя, герметично закрепленных в крышке 9 с помощью изоляторов. В верхней части стакана 13 установлен дополнительный датчик 25 уровня жидкости испарителя, установленный на электроде 26 датчика, герметично закрепленном в крышке 9 с помощью изолятора (на чертежах не показан).The heating pump 1 also contains an evaporator, which is made of a polymeric material in the form of a hollow glass 13, open at the top, having, for example, a cylindrical shape, and mounted in the upper part of the housing 8 on the discharge pipe 12. The volume of the glass 13 of the evaporator is about 10% of the working volume chamber 10. The evaporator is equipped with a resistive heating element 14, which is installed in the bottom of the glass 13 on two electrodes 24 of the heater, sealed in the lid 9 with insulators. In the bottom of the glass 13, an evaporator liquid level sensor 20 is installed, mounted on the sensor electrode 26 sealed in the lid 9 using an insulator (not shown in the drawings). The evaporator also contains an additional heating element 15, which is installed in the upper part of the glass 13 on two electrodes 24 of the heater, sealed in the lid 9 with insulators. In the upper part of the glass 13, an additional evaporator liquid level sensor 25 is installed, mounted on the sensor electrode 26 sealed in the lid 9 using an insulator (not shown in the drawings).

Датчик 19 уровня жидкости рабочей камеры, датчик 20 уровня жидкости испарителя и дополнительный датчик 25 уровня жидкости испарителя выполнены подобно датчикам, используемым в рассмотренных выше аналогах. Нагревательный элемент 14 и дополнительный нагревательный элемент 15 выполнены, например, из нихромовой проволоки диаметром 0,5 мм в виде спирали диаметром 5 мм при расстоянии между витками спирали, равном 2,5-3,0 мм.The sensor 19 of the liquid level of the working chamber, the sensor 20 of the liquid level of the evaporator and the additional sensor 25 of the liquid level of the evaporator are similar to the sensors used in the above analogues. The heating element 14 and the additional heating element 15 are made, for example, of nichrome wire with a diameter of 0.5 mm in the form of a spiral with a diameter of 5 mm with a distance between the turns of the spiral equal to 2.5-3.0 mm.

Насос-нагреватель 1 снабжен активатором 21 конденсации в виде пластины, выполненной из полимерного материала и превышающей по своим размерам в плане размеры в плане стакана 13 испарителя. Пластина активатора 21 конденсации выполнена, например, в виде диска и горизонтально установлена на нагнетательном патрубке 12 над стаканом 13 испарителя ниже выходного отверстия всасывающего патрубка 11 с образованием зазора между ней и кромкой стакана 13 испарителя, равного, например, 0,5-2,0 мм. Диаметр пластины активатора 21 конденсации выбран таким, чтобы между стенками рабочей камеры 10 и пластиной активатора 21 конденсации оставался кольцевой зазор размером 1-5 мм. Так, например, при рабочей камере 10, имеющей диаметр 12 см и объем 6 л, диаметр пластины активатора 21 конденсации и диаметр стакана 13 испарителя составляют, соответственно, 11,5 см и 7 см. Периферийные участки пластины активатора 21 конденсации, расположенные снаружи по отношению к стенкам стакана 13 испарителя, перфорированы с образованием отверстий 23, имеющих диаметр, например, 1-2 мм, а на верхней поверхности пластины активатора 21 конденсации по ее контуру выполнен кольцевой буртик 22.The heater pump 1 is equipped with a condensation activator 21 in the form of a plate made of a polymeric material and exceeding the dimensions in terms of the dimensions in terms of the cup 13 of the evaporator. The condensation activator plate 21 is made, for example, in the form of a disk and is horizontally mounted on the discharge pipe 12 above the evaporator cup 13 below the outlet of the suction pipe 11 with a gap between it and the edge of the evaporator cup 13, equal to, for example, 0.5-2.0 mm The diameter of the plate of the condensation activator 21 is selected so that between the walls of the working chamber 10 and the plate of the condensation activator 21 there remains an annular gap of 1-5 mm in size. So, for example, with a working chamber 10 having a diameter of 12 cm and a volume of 6 l, the diameter of the plate of the condensation activator 21 and the diameter of the evaporator cup 13 are respectively 11.5 cm and 7 cm. The peripheral sections of the plate of the condensation activator 21 located outside the relative to the walls of the cup 13 of the evaporator, perforated with the formation of holes 23 having a diameter of, for example, 1-2 mm, and on the upper surface of the plate of the condensation activator 21, an annular bead 22 is made along its contour.

Два электрода 24 нагревателя нагревательного элемента 14 и два электрода 24 нагревателя дополнительного нагревательного элемента 15 подключены к источнику электропитания (на чертежах не показан), причем один из каждой этих пар электродов 24 нагревателя подключен к источнику электропитания через устройство управления (на чертежах не показано). Электроды 26 датчика 19 уровня жидкости рабочей камеры и датчика 20 уровня жидкости испарителя подключены к управляющим входам устройства управления (на чертежах не показано). В результате этого обеспечивается возможность отключения нагревательного элемента 14 от источника электропитания (при завершении стадии нагнетания) устройством управления по сигналу с датчика 19 уровня жидкости рабочей камеры, когда в результате нагнетания теплоносителя его уровень в рабочей камере 10 понизится до заданного значения, а также подключения нагревательного элемента 14 к источнику электропитания (при начале стадии нагнетания) устройством управления по сигналу с датчика 20 уровня жидкости испарителя, когда уровень теплоносителя в стакане 13 испарителя поднимется выше нагревательного элемента 14. Кроме того, электрод 26 дополнительного датчика 25 уровня жидкости испарителя подключен к управляющему входу устройства управления (на чертежах не показано), что обеспечивает возможность отключения от источника электропитания (на чертежах не показан) дополнительного нагревательного элемента 15, когда в результате парообразования уровень теплоносителя в стакане 13 испарителя опустится ниже уровня, на котором расположен дополнительный нагревательный элемент 15, а также подключения дополнительного нагревательного элемента 15 к источнику электропитания при начале стадии нагнетания после очередного наполнения теплоносителем стакана 13 испарителя.Two electrodes 24 of the heater of the heating element 14 and two electrodes 24 of the heater of the additional heating element 15 are connected to a power source (not shown in the drawings), and one of each of these pairs of heater electrodes 24 is connected to a power source through a control device (not shown in the drawings). The electrodes 26 of the liquid level sensor 19 of the working chamber and the liquid level sensor 20 of the evaporator are connected to the control inputs of the control device (not shown in the drawings). As a result of this, it is possible to disconnect the heating element 14 from the power supply (at the completion of the injection stage) by the control device by a signal from the working chamber liquid level sensor 19, when, as a result of the coolant injection, its level in the working chamber 10 will drop to a predetermined value, as well as connecting the heating element 14 to the power source (at the beginning of the injection stage) by the control device by a signal from the sensor 20 of the evaporator liquid level, when the coolant level For the evaporator cup 13 rises above the heating element 14. In addition, the electrode 26 of the additional evaporator liquid level sensor 25 is connected to the control input of the control device (not shown in the drawings), which makes it possible to disconnect the additional heating from the power supply (not shown in the drawings) element 15, when, as a result of vaporization, the coolant level in the glass 13 of the evaporator drops below the level at which the additional heating element 15 is located, as well as CONNECTIONS additional heating element 15 to a power source at the start of the injection step after the next filling nozzle 13 coolant evaporator.

Система отопления работает следующим образом.The heating system operates as follows.

Перед включением системы отопления ее заполняют жидким теплоносителем, например водой или тосолом. Дополнительно для заполнения теплоносителем насоса-нагревателя 1 вывинчивают пробку 16 из всасывающего патрубка 11, предварительно погруженного его прямым клапаном 17 в теплоноситель, находящийся в емкости 5 для теплоносителя, заполняют через образовавшееся отверстие рабочую камеру 10, стакан 13 испарителя и всасывающий патрубок 11 теплоносителем и затем ввинчивают пробку 16.Before turning on the heating system, it is filled with a liquid coolant, such as water or antifreeze. In addition, to fill the pump-heater 1 with the coolant, unscrew the plug 16 from the suction pipe 11, previously immersed with its direct valve 17 in the coolant located in the coolant tank 5, fill the working chamber 10, the evaporator cup 13 and the suction pipe 11 with the coolant through the opening formed, and then screw plug 16.

При подключении электродов 24 через устройство управления к источнику электропитания (на чертежах не показаны) через нагревательный элемент 14 и дополнительный нагревательный элемент 15 протекают электрические токи, нагревающие нагревательный элемент 14 и дополнительный нагревательный элемент 15. Нагревательный элемент 14 и дополнительный нагревательный элемент 15 нагревают теплоноситель, находящийся в стакане 13 испарителя. Поскольку более нагретые слои теплоносителя всегда находятся сверху, то из-за наличия дополнительного нагревательного элемента 15, расположенного в верхней части стакана 13 испарителя, процесс парообразования в верхнем слое теплоносителя, находящегося в стакане 13 испарителя, начинается быстрее. Поскольку прямой клапан 17 всасывающего патрубка 11 закрыт, в результате образования пара давление в рабочей камере 10 повышается, открывается обратный клапан 18 нагнетательного патрубка 12 и под действием давления пара нагретый теплоноситель начинает вытесняться из рабочей камеры 10 через нагнетательный патрубок 12.When connecting the electrodes 24 through a control device to a power source (not shown), electric currents flow through the heating element 14 and the additional heating element 15, heating the heating element 14 and the additional heating element 15. The heating element 14 and the additional heating element 15 heat the coolant, located in the glass 13 of the evaporator. Since the more heated layers of the coolant are always on top, due to the presence of an additional heating element 15 located in the upper part of the evaporator cup 13, the process of vaporization in the upper layer of the coolant located in the evaporator cup 13 starts faster. Since the direct valve 17 of the suction pipe 11 is closed, as a result of the formation of steam, the pressure in the working chamber 10 rises, the check valve 18 of the discharge pipe 12 opens, and under the influence of steam pressure, the heated coolant begins to be displaced from the working chamber 10 through the discharge pipe 12.

Когда в результате парообразования уровень теплоносителя в стакане 13 испарителя насоса-нагревателя 1 понизится ниже уровня расположения дополнительного датчика 25 уровня жидкости испарителя, по сигналу с последнего устройство управления отключает от источника электропитания (на чертежах не показаны) дополнительный нагревательный элемент 15. Далее нагрев теплоносителя в стакане 13 испарителя для образования пара осуществляет только нагревательный элемент 14.When, as a result of vaporization, the coolant level in the cup 13 of the evaporator of the pump-heater 1 decreases below the location of the additional sensor 25 of the evaporator liquid level, the signal from the last control device disconnects the additional heating element 15 from the power supply (not shown in the drawings). Further, the heating of the coolant in the glass 13 of the evaporator for the formation of steam carries only the heating element 14.

При понижении уровня теплоносителя в рабочей камере 10 в результате его вытеснения через нагнетательный патрубок 12 по сигналу с датчика 19 уровня жидкости рабочей камеры устройство управления отключает от источника электропитания (на чертежах не показаны) нагревательный элемент 14, который благодаря своим свойствам быстро остывает. На этом стадия нагнетания теплоносителя заканчивается.When the coolant level in the working chamber 10 decreases as a result of its displacement through the discharge pipe 12 at a signal from the working chamber fluid level sensor 19, the control device disconnects the heating element 14 from the power supply (not shown), which quickly cools due to its properties. At this stage, the injection of the coolant ends.

В процессе рассмотренной стадии нагнетания нагретый теплоноситель, вытесненный из насоса-нагревателя 1, через его нагнетательный патрубок 12 и подающую магистраль 2 для теплоносителя поступает в нагревательный прибор 3, обеспечивающий обогрев отапливаемого помещения. Далее охлажденный теплоноситель по обратной магистрали 4 для теплоносителя поступает в емкость 5 для теплоносителя.In the process of the considered stage of injection, the heated coolant displaced from the pump-heater 1, through its discharge pipe 12 and the supply pipe 2 for the coolant enters the heating device 3, which provides heating for the heated room. Next, the cooled fluid along the return line 4 for the coolant enters the tank 5 for the coolant.

В результате начала конденсации пара давление в рабочей камере 10 насоса-нагревателя 1 незначительно понижается, обратный клапан 18 нагнетательного патрубка 12 призакрывается и приоткрывается прямой клапан 17 всасывающего патрубка 11. В результате этого сначала совсем незначительное количество охлажденного теплоносителя из всасывающего патрубка 11 поступает в рабочую камеру 10 сверху, но не попадает в стакан 13 испарителя непосредственно, а растекается по поверхности пластины активатора 21 конденсации. При этом буртик 22 препятствует отеканию охлажденного теплоносителя с кромок пластины активатора 21 конденсации вдоль стенок рабочей камеры 10 в ее объем, расположенный под пластиной активатора 21 конденсации. Растекающийся по поверхности пластины активатора 21 конденсации охлажденный теплоноситель стекает в объем рабочей камеры 10, расположенный под пластиной активатора 21 конденсации через выполненные в ней отверстия 23. В результате этого капли охлажденного теплоносителя падают вниз в достаточно значительном объеме рабочей камеры 10, ограниченном стенками рабочей камеры 10 и размерами стакана 13 испарителя, что приводит к еще более интенсивной конденсации пара. Более того, поскольку датчик 19 уровня жидкости рабочей камеры установлен не ниже входного отверстия нагнетательного патрубка 12, а входное отверстие нагнетательного патрубка 12 расположено от дна рабочей камеры 10 на расстоянии не менее 3 мм, после окончания стадии нагнетания на дне рабочей камеры 10 остается слой теплоносителя высотой не менее 3 мм. При ударах в этот слой теплоносителя падающих сверху капель охлажденного теплоносителя возникают брызги, которые приводят к еще более интенсивной конденсации пара в донной части рабочей камеры 10.As a result of the beginning of steam condensation, the pressure in the working chamber 10 of the pump-heater 1 slightly decreases, the check valve 18 of the discharge pipe 12 closes and the direct valve 17 of the suction pipe 11 opens and as a result, first a very small amount of cooled coolant from the suction pipe 11 enters the working chamber 10 from above, but does not directly enter the evaporator cup 13, but spreads over the surface of the plate of the condensation activator 21. While the flange 22 prevents the flow of the cooled coolant from the edges of the plate of the condensation activator 21 along the walls of the working chamber 10 into its volume, located under the plate of the condensation activator 21. The cooled coolant flowing over the surface of the plate of the condensation activator 21 flows into the volume of the working chamber 10 located under the condensation activator 21 plate through the holes 23 made therein. As a result, drops of the cooled coolant fall down in a rather significant volume of the working chamber 10, limited by the walls of the working chamber 10 and the size of the glass 13 of the evaporator, which leads to even more intense condensation of steam. Moreover, since the fluid level sensor 19 of the working chamber is installed not lower than the inlet of the discharge pipe 12, and the inlet of the discharge pipe 12 is located at least 3 mm from the bottom of the working chamber 10, after the end of the injection stage, a coolant layer remains at the bottom of the working chamber 10 not less than 3 mm high. When blows into this coolant layer of droplets of cooled coolant falling from above, splashes occur, which lead to even more intense condensation of steam in the bottom of the working chamber 10.

Далее вследствие снижения давления в рабочей камере 10 из-за конденсации пара обратный клапан 18 нагнетательного патрубка 12 окончательно закрывается и через полностью открытый прямой клапан 17 всасывающего патрубка 11 рабочая камера 10 наполняется теплоносителем из емкости 5 для теплоносителя. Когда уровень теплоносителя в рабочей камере 10 поднимется до уровня кромок стакана 13 испарителя, она начнет заполнять стакан 13 испарителя через зазор между пластиной активатора 21 конденсации и кромкой стакана 13 испарителя. При этом, поскольку более нагретые слои теплоносителя находятся сверху, стакан 13 испарителя заполнится теплоносителем, нагретым в наибольшей степени, что в дальнейшем обеспечивает уменьшение времени нагрева теплоносителя в стакане 13 испарителя до парообразования, сокращая длительность стадии нагнетания теплоносителя.Further, due to a decrease in pressure in the working chamber 10 due to steam condensation, the check valve 18 of the discharge pipe 12 finally closes and through the fully open direct valve 17 of the suction pipe 11, the working chamber 10 is filled with coolant from the coolant tank 5. When the level of the coolant in the working chamber 10 rises to the level of the edges of the evaporator cup 13, it will begin to fill the evaporator cup 13 through the gap between the condensation activator plate 21 and the edge of the evaporator cup 13. Moreover, since the more heated layers of the coolant are on top, the cup 13 of the evaporator will be filled with the coolant most heated, which further reduces the heating time of the coolant in the cup 13 of the evaporator before vaporization, reducing the duration of the stage of pumping the coolant.

Когда в результате наполнения теплоносителем рабочей камеры 10 и стакана 13 испарителя все три датчика (датчик 19 уровня жидкости рабочей камеры, датчик 20 уровня жидкости испарителя и дополнительный датчик 25 уровня жидкости испарителя) станут контактировать с теплоносителем, устройство управления вновь подключит электроды 24 нагревателя нагревательного элемента 14 и дополнительного нагревательного элемента 15 к источнику электропитания (на чертежах не показан), чем обеспечивается очередной цикл нагревания теплоносителя, его парообразования и нагнетания нагретого теплоносителя в подающую магистраль 2 для теплоносителя и нагревательный прибор 3.When, as a result of filling the working chamber 10 and the evaporator cup 13 with the coolant, all three sensors (the working chamber liquid level sensor 19, the evaporator liquid level sensor 20 and the additional evaporator liquid level sensor 25) will come into contact with the coolant, the control device will reconnect the electrodes 24 of the heating element heater 14 and an additional heating element 15 to the power source (not shown in the drawings), which ensures the next heating cycle of the coolant, it is vaporized ia and injection of the heated coolant into the supply line 2 for the coolant and the heating device 3.

Наличие датчика температуры (на чертежах не показан), который установлен на нагревательном приборе 3, и подключен к устройству управления (на чертежах не показано), позволяет устройству управления регулировать продолжительность циклов нагревания, парообразования, нагнетания, конденсации и всасывания теплоносителя насосом-нагревателем 1 так, чтобы температура нагревательного прибора 3 поддерживалась вблизи заданного значения.The presence of a temperature sensor (not shown in the drawings), which is installed on the heating device 3, and connected to a control device (not shown in the drawings), allows the control device to regulate the duration of heating, vaporization, injection, condensation, and suction of the coolant by the heating pump 1 so so that the temperature of the heater 3 is maintained close to the set value.

Таким образом, полезная модель обеспечивает повышение коэффициента полезного действия системы отопления.Thus, the utility model provides an increase in the efficiency of the heating system.

Claims

1. A heating system containing a closed loop pump-heater in the form of a sealed working chamber equipped with an electric heating element, a suction pipe and a discharge pipe equipped with a check valve, a supply pipe for the coolant, at least one heating device, a return pipe for the coolant and a container for a coolant in communication with the atmosphere, as well as a control device connected to the heating pump, characterized in that its heating pump is provided with n the evaporator in the form of a cup installed in the upper part of the working chamber, the heating element is installed in the cup of the evaporator, the inlet of the discharge pipe is placed in the bottom of the working chamber, and the suction pipe is installed in the upper part of the working chamber above the cup of the evaporator and is equipped with a direct valve.

2. The system according to claim 1, characterized in that the heating element is made in the form of a resistive heating element.

3. The system according to claim 2, characterized in that the resistive heating element is based on a nichrome wire.

4. The system according to claim 1, characterized in that the heating element is installed in the bottom of the evaporator cup.

5. The system according to claim 1, characterized in that its pump-heater is equipped with a condensation activator in the form of a plate that is larger than the dimensions in terms of the evaporator cup and installed above the evaporator cup below the suction nozzle to form a gap between it and the edge of the cup evaporator.

6. The system according to claim 5, characterized in that the peripheral portions of the condensation activator plate located outside with respect to the walls of the evaporator cup are perforated.

7. The system according to claim 6, characterized in that on the upper surface of the plate of the condensation activator along its contour a flange is made.