RU2121627C1

RU2121627C1 - Closed autonomous heating system

Info

Publication number: RU2121627C1
Application number: RU97121155A
Authority: RU
Inventors: Всеволод Михайлович Миняев; Владимир Сергеевич Поповкин
Original assignee: Всеволод Михайлович Миняев; Владимир Сергеевич Поповкин
Priority date: 1997-12-23
Filing date: 1997-12-23
Publication date: 1998-11-10

Abstract

FIELD: heating systems. SUBSTANCE: heating system includes heating source, at least one heating appliance, expansion tank, heat-transfer agent supply and return mains; all together they form closed loop. Expansion tank is hermetically closed. Heating source is made in form of boiler with electric heater. Capacity of heater chamber ranges from 8 to 12 cu.dm. Power of electric heater ranges from 1 to 5 kW. EFFECT: reduced power requirements. 5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к области отопительных систем, и может быть использовано в индивидуальном строительстве, а также при отсутствии системы центрального отопления в населенном пункте. The invention relates to a power system, and in particular to the field of heating systems, and can be used in individual construction, as well as in the absence of a central heating system in the village.

Известные системы локального отопления обладают многими недостатками. В частности, эти системы не изолированы от окружающей среды. Неизолированность известных систем вызвана известным свойством жидкостей расширяться при нагревании. Расширение жидкости приводит к альтернативе: либо исходно заливать меньший объем жидкости в систему, либо организовывать работу системы таким образом, чтобы приращение объема жидкости не мешало работе системы. К сожалению, первый вариант решения не может быть использован в принципе, поскольку реальные системы отопления работают при различной температуре теплоносителя и, следовательно, практически при каждой температуре величина изменения объема теплоносителя будет различной. Второй вариант решения широко используется в настоящее время. Технически этот вариант решения реализован в виде открытого расширительного бачка для теплоносителя. С одной стороны, это решение привлекательно тем, что расширительный бачок позволяет системе работать при любых значениях температуры теплоносителя при условии, что емкость бачка заведомо превышает возможное приращение объема теплоносителя. С другой стороны, реально используемые отопительные системы неизбежно связаны с потерями теплоносителя, вызванными протечками системы, процессом испарения теплоносителя, а также его разложения под действием нагрева. Поэтому открытый расширительный бачок используется для добавления теплоносителя в систему отопления. При этом существует определенное техническое противоречие: с одной стороны, открытый расширительный бачок позволяет возмещать потери теплоносителя в системе отопления, а, с другой стороны, через открытый расширительный бачок происходит испарение теплоносителя. В случае использования в качестве теплоносителя воды испарение из открытого расширительного бачка приводит обычно только к гниению близко расположенных деревянных конструкций и, в худшем случае, при отсутствии должного контроля за состоянием системы, полному или частичному осушению отопительной системы, что может привести к выходу ее из рабочего состояния и размораживанию системы при эксплуатации ее при минусовых температурах. В случае использования в качестве теплоносителя органических или водно-органических жидкостей происходит испарение не только воды, но и органической жидкости, что приводит к загрязнению окружающей среды. Попытки использовать квазиизолированные системы отопления путем использования крышек различных систем успеха не имели, поскольку обычно крышки были недостаточно герметичны, чтобы предотвратить испарение теплоносителя. Вероятно, по вышеизложенным причинам все используемые в настоящее время отопительные системы являются не замкнутыми. Known local heating systems have many disadvantages. In particular, these systems are not isolated from the environment. Non-isolation of known systems is caused by the known property of liquids to expand upon heating. Expansion of the fluid leads to an alternative: either initially fill a smaller volume of fluid into the system, or organize the system in such a way that the increment of the fluid volume does not interfere with the operation of the system. Unfortunately, the first solution cannot be used in principle, since real heating systems operate at different temperatures of the coolant and, therefore, at almost every temperature, the magnitude of the change in the volume of the coolant will be different. The second solution is currently widely used. Technically, this solution is implemented as an open expansion tank for the coolant. On the one hand, this solution is attractive in that the expansion tank allows the system to operate at any temperature of the coolant, provided that the tank's capacity obviously exceeds the possible increment of the coolant volume. On the other hand, actually used heating systems are inevitably associated with losses of coolant caused by leaks of the system, the process of evaporation of the coolant, as well as its decomposition under the influence of heating. Therefore, an open expansion tank is used to add coolant to the heating system. There is a certain technical contradiction: on the one hand, an open expansion tank allows you to compensate for the loss of coolant in the heating system, and, on the other hand, through the open expansion tank, the coolant evaporates. In the case of using water as a heat carrier, evaporation from an open expansion tank usually leads only to rotting of closely spaced wooden structures and, in the worst case, in the absence of proper control of the state of the system, complete or partial drainage of the heating system, which can lead to its exit from the working the state and defrosting of the system during operation at sub-zero temperatures. In the case of using organic or aqueous-organic liquids as a coolant, not only water but also organic liquid evaporates, which leads to environmental pollution. Attempts to use quasi-insulated heating systems by using covers of various systems were unsuccessful, since the covers were usually not tight enough to prevent the coolant from evaporating. Probably, for the above reasons, all currently used heating systems are not closed.

Известна, в частности, система водяного отопления (RU, патент 2066813, F 24 D 3/00, 1996), содержащая источник тепла, нагревательные приборы, соединенные с источником тепла подающим и обратным трубопроводами с образованием контура теплоносителя. Контур теплоносителя содержит также открытый расширительный бачок, запорную арматуру и усилитель циркуляции, выполненный в виде дополнительного отопительного контура с поверхностным теплообменником, размещенным на уровне верхнего отводящего трубопровода. Недостатком данной системы водяного отопления следует признать, кроме вышеуказанных недостатков открытых отопительных систем, сложность конструкции, а также неудобство эксплуатации дополнительного отопительного контура. Known, in particular, is a water heating system (RU, patent 2066813, F 24 D 3/00, 1996) containing a heat source, heating devices connected to a heat source by supply and return pipelines with the formation of a coolant circuit. The coolant circuit also contains an open expansion tank, shutoff valves and a circulation amplifier made in the form of an additional heating circuit with a surface heat exchanger located at the level of the upper outlet pipe. The disadvantage of this water heating system should be recognized, in addition to the above disadvantages of open heating systems, the complexity of the design, as well as the inconvenience of operating an additional heating circuit.

Известна также электрическая система отопления и горячего водоснабжения (RU, патент 2079793, F 24 D 13/04, 1997), содержащая устройство нагрева воды в виде резервуара и трубопроводы отвода горячей и подачи холодной воды, причем резервуар выполнен из диэлектрического материала и заполнен электролитом, через электролит пропущена нагревательная труба, соединенная с трубопроводами горячей и холодной воды. Кроме того, система содержит бачок-расширитель и устройства обогрева помещения. Недостатком данной конструкции следует признать сложность конструкции, а также ее открытость. Also known is an electric heating and hot water supply system (RU, patent 2079793, F 24 D 13/04, 1997), comprising a water heating device in the form of a reservoir and hot and cold water supply pipelines, the reservoir being made of dielectric material and filled with electrolyte, a heating pipe passed through the electrolyte connected to the pipelines of hot and cold water. In addition, the system includes a tank expander and heating devices. The disadvantage of this design should be recognized as the complexity of the design, as well as its openness.

Известна отопительная система (GB, патент 1094040, F 24 D 3/00, 1967), содержащая котел (возможно, с электронагревателем), систему перемещения теплоносителя с точками потребления тепла, расширительный открытый бачок, установленный в верхней точке системы. В бачке выше уровня жидкости установлен электродвигатель, приводящий в действие насос - побудитель движения теплоносителя. Кроме того, бачок содержит трубопровод подпитывания теплоносителем по мере необходимости. Недостатком известной отопительной системы следует признать ее открытость. Known heating system (GB, patent 1094040, F 24 D 3/00, 1967), containing a boiler (possibly with an electric heater), a system for moving a coolant with points of heat consumption, an expansion open tank installed at the top point of the system. An electric motor is installed in the tank above the liquid level, which drives the pump, which stimulates the movement of the coolant. In addition, the tank contains a coolant feed line as necessary. A disadvantage of the known heating system should be recognized as its openness.

Известна система отопления (SU, авторское свидетельство 1241029, F 24 D 3/00, 1986), содержащая источник тепла, насос, клапан, установленный параллельно насосу и управляемый как и насос тепловыми датчиками, нагревательный прибор (отопительный радиатор), открытый расширительный бачок, прямую и обратную магистрали теплоносителя, образующие совместно с перечисленными элементами замкнутый контур, и подпитывающую магистраль, подключенную к контуру. Известной системе присущи все недостатки открытых систем. По мнению заявителя, данное техническое решение может быть использовано в качестве ближайшего аналога. A known heating system (SU, copyright certificate 1241029, F 24 D 3/00, 1986), comprising a heat source, a pump, a valve mounted in parallel with the pump and controlled like heat pumps, a heater (heating radiator), an open expansion tank, direct and return heat carrier lines, which together with the listed elements form a closed circuit, and a feed line connected to the circuit. A well-known system has all the disadvantages of open systems. According to the applicant, this technical solution can be used as the closest analogue.

Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в разработке закрытой системы автономного отопления жилых, производственных и общественных помещений. The technical problem to which the present invention is directed is to develop a closed system for autonomous heating of residential, industrial and public buildings.

Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в повышении экономичности системы отопления за счет уменьшения потерь тепловой энергии из-за герметичности системы, что приводит к уменьшению затрат электроэнергии. The technical result obtained as a result of the implementation of the invention consists in increasing the efficiency of the heating system by reducing the loss of thermal energy due to the tightness of the system, which leads to a reduction in energy costs.

Для получения указанного технического результата предложено использовать систему отопления, содержащую источник тепла, не менее одного нагревательного прибора, подающую и обратную магистрали, образующие совместно с источником тепла и нагревательным прибором замкнутый контур, а также не менее одного герметично закрытого расширительного бачка, причем источник тепла выполнен в виде котла с электрическим нагревом, содержащего проточную камеру нагрева теплоносителя емкостью от 8 до 12 дм³, в камеру введен электронагреватель мощностью от 1 до 5 кВт. Система может быть выполнена как с естественной, так и с принудительной циркуляцией. В случае принудительной циркуляции система содержит побудитель течения теплоносителя. В качестве побудителя течения обычно использован насос, который может быть вмонтирован в любой точке контура. Каждый герметично закрытый расширительный бачок может быть установлен в любой точке контура. Емкость всех использованных расширительных бачков должна обеспечивать поглощение объема расширившегося в результате нагрева теплоносителя. Преимущественно расширительный бачок представляет собой герметичную емкость, внутри которой размещен эластичный упругий элемент, разделяющий емкость на две части, или герметичную емкость, внутри которой размещен в эластичной таре газ, причем эластичная тара полностью изолирует газ от стенок емкости, а также теплоносителя. Каждый расширительный бачок соединен с контуром теплоносителя напрямую. Система может дополнительно содержать блок автоматического управления, представляющий собой блок управления, соединенный с не менее чем одним датчиком температуры, установленным в контуре теплоносителя, а также в проточной камере нагрева теплоносителя, кроме того, блок управления соединен с электронагревателем, установленным в проточной камере и, в случае использования насоса, с насосом. Блок управления выполнен с возможностью включения как при достижении соответствующего значения температуры теплоносителя, так и окружающего воздуха. В качестве нагревательного прибора преимущественно используют радиаторы любой конструкции, но могут быть использованы и любые другие устройства для передачи тепловой энергии от теплоносителя в обогреваемое помещение.To obtain the indicated technical result, it is proposed to use a heating system containing a heat source, at least one heating device, supply and return pipes, which together with the heat source and the heating device form a closed loop, as well as at least one hermetically sealed expansion tank, the heat source being made in the form of a boiler with electric heating, containing a flow-through chamber for heating a coolant with a capacity of 8 to 12 dm ³ , an electric heater with a capacity of 1 is introduced into the chamber up to 5 kW. The system can be made with both natural and forced circulation. In the case of forced circulation, the system contains a stimulator for the flow of coolant. A pump, which can be mounted anywhere in the circuit, is usually used as a flow inducer. Each hermetically sealed expansion tank can be installed at any point in the circuit. The capacity of all used expansion tanks should provide absorption of the volume of the coolant expanded as a result of heating. Advantageously, the expansion tank is a sealed container inside which an elastic elastic element is placed that separates the container into two parts, or a sealed container inside which gas is placed in an elastic container, the elastic container completely isolating the gas from the walls of the container as well as the coolant. Each expansion tank is directly connected to the coolant circuit. The system may further comprise an automatic control unit, which is a control unit connected to at least one temperature sensor installed in the coolant circuit, as well as in the flow-through heating medium chamber, in addition, the control unit is connected to an electric heater installed in the flow chamber, and in case of using a pump, with a pump. The control unit is configured to be turned on as soon as the appropriate temperature of the heat carrier and the surrounding air are reached. Radiators of any design are predominantly used as a heating device, but any other device can be used to transfer thermal energy from the coolant to the heated room.

Изобретение иллюстрировано графическим материалом, где приведена блок-схема замкнутой локальной системы отопления. На блок-схеме приняты следующие обозначения: котел 1 с электронагревателем теплоносителя, электронагреватель 2, проточная камера 3 нагрева теплоносителя, нагревательные приборы 4, магистраль 5 подачи теплоносителя, магистраль 6 возврата теплоносителя, бачок-расширитель 7, насос 8, блок 9 автоматического управления, датчики 10 температуры. The invention is illustrated in graphic material, which shows a block diagram of a closed local heating system. The following notation is adopted on the block diagram: boiler 1 with a heat carrier electric heater, electric heater 2, flow chamber 3 for heating the coolant, heating devices 4, coolant supply line 5, coolant return line 6, expander tank 7, pump 8, automatic control unit 9, temperature sensors 10.

Замкнутая локальная система отопления согласно изобретению может быть реализована различным образом. The closed local heating system according to the invention can be implemented in various ways.

1. В случае реализации изобретения в варианте с принудительной циркуляцией теплоносителя по замкнутому контуру система содержит котел с электронагревателем и проточной камерой нагрева теплоносителя, нагревательные приборы в виде радиаторов, магистрали подачи и возврата теплоносителя, бачок-расширитель, насос, блок автоматического управления и датчики температуры, причем насос расположен между камерой нагрева теплоносителя и последним радиатором, бачок-расширитель расположен между последним радиатором и камерой нагрева теплоносителя, датчики температуры размещены в камере нагрева теплоносителя, блок автоматического управления выполнен с возможностью включения нагревателя в камере и насоса. В камере емкостью 10 дм³ размещен электронагреватель мощностью 2 кВт. В качестве теплоносителя использована вода. Для отопительного контура водой в магистрали подачи предусмотрен штуцер подачи воды, а в магистрали возврата - штуцер слива воды. В процессе работы системы штуцера заглушены любым известным способом, обеспечивающим герметичность системы. Бачок-расширитель предпочтительно выполнен в виде герметической емкости, выполненной из механически и термически прочного материала, в частности металла или пропилена. Внутренняя полость бачка-расширителя содержит эластичную емкость, выполненную из эластичного термостойкого материала, в частности силиконового каучука, частично заполненная инертным газом (азот, аргон). При нагревании теплоносителя приращение его объема поступает в бачок-расширитель. Уменьшение свободного объема внутренней полости бачка-расширителя приводит к увеличению давления во внутренней полости, что компенсируется частичным уменьшением объема эластичной емкости с инертным газом при частичном увеличении давления газа в эластичной емкости. При уменьшении температуры теплоносителя давление во внутренней полости бачка-расширителя уменьшается, сжатый газ в эластичной емкости расширяется и выталкивает теплоноситель из бачка-расширителя в магистраль теплоносителя. Нагретый теплоноситель из камеры с электронагревателем под действием насоса циркулирует по замкнутому контуру, перенося тепловую энергию из камеры в радиаторы, которые путем конвекции передают тепловую энергию в обогреваемое помещение. Датчик температуры, установленный в проточной камере нагрева теплоносителя, предотвратит перегрев теплоносителя, а в случае выполнения блока автоматического управления системой с возможностью задания максимально допустимой температуры теплоносителя и отключения электронагревателя, наличие датчика температуры в камере нагрева позволит отключить электронагреватель при достижении теплоносителем в камере заранее заданного значения. Насос может быть подключен к блоку автоматического управления системой с возможностью включения и выключения синхронно с включением и выключением нагревателя при достижении теплоносителем заранее заданной температуры в камере.1. In the case of the invention in the embodiment with forced circulation of the coolant in a closed circuit, the system comprises a boiler with an electric heater and a flow chamber for heating the coolant, heating devices in the form of radiators, heat supply and return pipes, a tank expander, a pump, an automatic control unit and temperature sensors moreover, the pump is located between the heating medium heating chamber and the last radiator, the expansion tank is located between the last radiator and the heating medium heating chamber I, temperature sensors are placed in the heat medium heating chamber, the automatic control unit is arranged to activate the heater and pump in the chamber. In the chamber with a capacity of 10 dm ³ an electric heater with a power of 2 kW is placed. Water was used as a heat carrier. For the heating circuit with water, a water supply fitting is provided in the supply line, and a water discharge fitting in the return line. In the process, the nozzle systems are plugged in any known manner that ensures the tightness of the system. The reservoir tank is preferably made in the form of a hermetic container made of mechanically and thermally durable material, in particular metal or propylene. The internal cavity of the expander tank contains an elastic container made of an elastic heat-resistant material, in particular silicone rubber, partially filled with an inert gas (nitrogen, argon). When the coolant is heated, the increment of its volume enters the expander tank. The decrease in the free volume of the inner cavity of the expander tank leads to an increase in pressure in the inner cavity, which is offset by a partial decrease in the volume of the elastic container with inert gas with a partial increase in the gas pressure in the elastic tank. When the temperature of the coolant decreases, the pressure in the internal cavity of the expander tank decreases, the compressed gas expands in the elastic tank and pushes the coolant out of the expander tank into the coolant line. The heated coolant from the chamber with an electric heater under the action of the pump circulates in a closed circuit, transferring thermal energy from the chamber to radiators, which by convection transfer thermal energy to the heated room. The temperature sensor installed in the flow-through chamber of heating the coolant will prevent the coolant from overheating, and if the automatic control unit of the system is configured to set the maximum allowable temperature of the coolant and turn off the electric heater, the presence of a temperature sensor in the heating chamber will turn off the electric heater when the coolant in the chamber reaches a predetermined value . The pump can be connected to the automatic control unit of the system with the ability to turn it on and off synchronously with turning the heater on and off when the coolant reaches a predetermined temperature in the chamber.

2. В случае естественной циркуляции контур содержит вертикальный участок подающей магистрали, расположенный непосредственно после камеры нагрева теплоносителя. Нагретый теплоноситель в силу естественной конверсии поднимается по вертикально расположенной магистрали подачи теплоносителя, вызывая тем самым движение теплоносителя по замкнутому контуру. Подающую магистраль подключают к верхней части радиаторов отопления, магистраль возврата теплоносителя подключают к нижней части радиаторов. Бачок-расширитель может быть подключен в любой точке замкнутого контура. Бачок-расширитель выполнен аналогично предыдущему примеру и использован подобным же образом. Блок автоматического управления системой и датчики температуры размещены и работают также аналогично предыдущему примеру. Объем проточной камеры нагрева теплоносителя составляет 10 дм³ при мощности электронагревателя 5 кВт.2. In the case of natural circulation, the circuit contains a vertical section of the supply line located immediately after the heating medium heating chamber. Due to the natural conversion, the heated coolant rises along a vertically located coolant supply line, thereby causing the coolant to move in a closed loop. The supply line is connected to the upper part of the heating radiators, the coolant return line is connected to the lower part of the radiators. The expansion tank can be connected at any point in the closed loop. The tank expander is made similarly to the previous example and used in a similar manner. The automatic control unit of the system and temperature sensors are located and also work similarly to the previous example. The volume of the flow chamber for heating the coolant is 10 dm ³ with an electric heater power of 5 kW.

Использование предложенной замкнутой системы отопления позволяет улучшить состояние экологии в местах использования отопительной системы, сократить расход электроэнергии на отоплениt помещения, а также обеспечить эффективной и экономичной системой отопления объекты малого градостроительства. The use of the proposed closed heating system allows improving the environment in places where the heating system is used, reducing the energy consumption for space heating, and also providing small and urban objects with an efficient and economical heating system.

Claims

1. A closed autonomous heating system containing a heat source, at least one heating device, an expansion tank, the supply and return lines of the coolant, forming together with the above elements a closed loop, characterized in that the expansion tank is hermetically closed, and the heat source is a boiler with electric heating, containing a flow chamber for heating a coolant with a capacity of from 8 to 12 dm ³ , and an electric heater with a power of 1 to 5 kW was used.

2. The system according to claim 1, characterized in that it further comprises a pump.

3. The system according to claim 1 or 2, characterized in that the expansion tank is made in the form of a sealed container, inside which gas is placed in an elastic container, the elastic container fully utilizing gas from the walls of the container, as well as from the coolant.

4. The system according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it further comprises an automatic control unit.

5. The system according to claim 4, characterized in that the automatic control unit is connected to a temperature sensor located in the flow chamber, as well as to an electric heater and pump.