RU2263826C2 - Способ работы эжекторной установки тепло- и горячего водоснабжения - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области струйной техники, преимущественно к эжекторным установкам центрального или автономного отопления и горячего водоснабжения. Технический результат - расширение функциональных возможностей установки путем создания комплексной системы теплоснабжения и горячего водоснабжения в установке без устройств с механическим приводом. При этом особенность решения состоит в том, что часть охлажденного жидкостного потока подают в качестве горячей воды в систему горячего водоснабжения, а на вход струйного аппарата подают недостающую часть воды, эквивалентную потреблению горячей воды потребителем, из системы холодного водоснабжения, при этом установка снабжена аккумуляторным баком, который подключен к системе водоснабжения и одновременно сообщен с теплопотребляющим устройством со стороны подвода в него нагретой жидкости и со стороны отвода из него охлажденного жидкостного потока с возможностью подачи нагретой жидкости в аккумуляторный бак, смешения ее с холодной водой из системы водоснабжения и отвода из аккумуляторного бака полученной в нем смеси вместе с упомянутой частью охлажденного жидкостного потока в систему горячего водоснабжения. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области струйной техники, преимущественно к эжекторным установкам центрального или автономного отопления и горячего водоснабжения.

Известен способ работы эжекторной установки теплоснабжения, включающий подачу в сопло струйного аппарата нагретого теплоносителя, смешение его с охлажденным жидкостным потоком, подачу смеси нагретого теплоносителя и охлажденного жидкостного потока в виде потока нагретой жидкости в теплопотребляющее устройство и отвод из теплопотребляющего устройства охлажденного жидкостного потока на вход струйного аппарата (см. SU 1290015, кл. F 04 F 5/02, 1987).

В данном способе работы эжекторной тепловыделяющей установки нагрев теплоносителя осуществляется только за счет передачи тепла от нагретого теплоносителя к охлажденному, и затем в теплопотребляющем устройстве осуществляют съем тепла по назначению, например для нагрева какого-либо помещения. Недостатком данного технического решения является то, что в нем не используется энергия самого жидкостного потока, в частности кинетическая энергия потока, что резко снижает эффективность данного способа.

Наиболее близким к описываемому является способ работы эжекторной установки тепло- и горячего водоснабжения, включающий подачу в сопло струйного аппарата в качестве нагретого теплоносителя пара из парового котла, разгон пара в сопле, разгон охлажденного жидкостного потока, смешение пара и охлажденного жидкостного потока с образованием двухфазного потока и перевод за счет этого двухфазного потока на сверхзвуковой режим течения, организацию в сверхзвуковом двухфазном потоке скачка давления с одновременным преобразованием в скачке давления двухфазного потока в однофазный поток нагретой жидкости, подачу смеси нагретого теплоносителя и охлажденного жидкостного потока в виде потока нагретой жидкости в теплопотребляющее устройство, подачу части потока нагретой жидкости из струйного аппарата для подпитки в паровой котел и отвод из теплопотребляющего устройства охлажденного жидкостного потока на вход струйного аппарата (см. RU 2127832 С1, кл. F 04 F 5/54, 20.03.1999).

Данный способ позволяет путем использования струйного аппарата организовать систему теплоснабжения, однако данный способ не позволяет одновременно организовать горячее водоснабжение обогреваемого объекта, что сужает область его использования.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является расширение функциональных возможностей установки путем создания комплексной системы теплоснабжения и горячего водоснабжения в установке без устройств с механическим приводом.

Указанная задача достигается за счет того, что в способе работы эжекторной установки тепло- и горячего водоснабжения, включающем подачу в сопло струйного аппарата в качестве нагретого теплоносителя пара из парового котла, разгон пара в сопле, разгон охлажденного жидкостного потока, смешение пара и охлажденного жидкостного потока с образованием двухфазного потока и перевод за счет этого двухфазного потока на сверхзвуковой режим течения, организацию в сверхзвуковом двухфазном потоке скачка давления с одновременным преобразованием в скачке давления двухфазного потока в однофазный поток нагретой жидкости, подачу смеси нагретого теплоносителя и охлажденного жидкостного потока в виде потока нагретой жидкости в теплопотребляющее устройство, подачу части потока нагретой жидкости из струйного аппарата для подпитки в паровой котел и отвод из теплопотребляющего устройства охлажденного жидкостного потока на вход струйного аппарата, согласно изобретению часть охлажденного жидкостного потока после теплопотребляющего устройства подают в качестве горячей воды в систему горячего водоснабжения, а на вход струйного аппарата подают эквивалентное расходу горячей воды количество холодной воды из системы водоснабжения, при этом установка снабжена аккумуляторным баком, который подключен к системе водоснабжения и одновременно сообщен с теплопотребляющим устройством со стороны подвода в него нагретой жидкости и со стороны отвода из него охлажденного жидкостного потока с возможностью подачи нагретой жидкости в аккумуляторный бак, смешения ее с холодной водой из системы водоснабжения и отвода из аккумуляторного бака полученной в нем смеси вместе с охлажденным жидкостным потоком в систему горячего водоснабжения.

Проведенные исследования показали, что существенное влияние на работу описываемой эжекторной установки оказывает механизм перехода в двухфазное состояние, механизм течения в двухфазном состоянии и механизм перехода из двухфазного состояния в однофазное или практически однофазное, т.е. в жидкостной поток с микроскопическими паровыми пузырьками. Существенное значение также имеет однородность полученного двухфазного потока, что достигается за счет того, что в процессе преобразования однофазного потока в двухфазный последний преобразуют в сверхзвуковой поток, при этом достигается возможность в более широком диапазоне варьировать газосодержание потока при меньших энергетических затратах.

Важное значение для повышения эффективности тепловыделения имеет процесс торможения потока с переходом потока в однофазный или практически однофазный, т.е. в жидкостной поток с парогазовыми микроскопическими пузырьками.

В процессе торможения в двухфазном потоке организуют скачок давления со снижением скорости до дозвукового значения. Пропорционально росту давления увеличивается количество жидкой фазы, причем резкий рост давления (скачкообразный рост) приводит к структурной перестройке в жидкости, что способствует выделению большего количества тепла по сравнению с обычным торможением потока в профилированном канале, при этом возможна организация работы установки, когда дальнейшее выделение тепла будет происходить в основном в теплопотребляющем устройстве, например в батарее водяного отопления, по мере того как в потоке нагретой жидкости будут схлопываться микроскопические парогазовые пузырьки, что вызвано торможением потока в теплопотребляющем устройстве.

Принципиальное значение имеет использование в качестве нагретого теплоносителя пара из парового котла, т.к. использование пара в сочетании со струйным аппаратом позволило создать систему без использования приводных систем с механическим приводом, что значительно повысило надежность работы установки и одновременно повысило эффективность работы установки, поскольку струйный аппарат не только организует циркуляцию нагретой жидкости через теплопотребляющее устройство, но и сам дополнительно за счет описанных выше преобразований в жидкостном потоке обеспечивает нагрев жидкости.

Описанная выше организация работы струйного аппарата совместно с паровым котлом позволяет в достаточно широким диапазоне регулировать режим подачи потока нагретой жидкости в теплопотребляющее устройство. Как следствие, представляется возможность организовать работу установки таким образом, что после теплопотребляющего устройства охлажденный жидкостной поток имеет достаточную температуру и достаточное давление, чтобы часть этого жидкостного потока была подана в систему горячего водоснабжения для организации подачи горячей воды на бытовые нужды. При этом отвод из системы циркуляции части охлажденного жидкостного потока компенсируется подводом холодной воды из системы водоснабжения, под которой по существу может пониматься любой источник подвода холодной воды на бытовые нужды.

Не менее важное значение имеет организация непрерывной подачи горячей воды потребителю при условии колебания потребления горячей воды, в то время как система потребления тепла имеет достаточно плавный график изменения температуры, например в ночные и дневные периоды или в результате изменения погодных условий. Снабжение установки аккумуляторным баком, подключенным сразу к трем источникам: системе холодного водоснабжения, отводу охлажденного жидкостного потока из теплопотребляющего устройства и к подводу нагретой жидкости из струйного аппарата в теплопотребляющее устройство позволяет решить проблему непрерывной подачи горячей воды потребителю. В результате при резком повышении потребления горячей воды часть нагретой в нем воды из аккумуляторного бака подается в систему горячего водоснабжения и на ее место в аккумуряторный бак поступает холодная вода из системы водоснабжения. Одновременно увеличивается подача пара в сопло струйного аппарата и последний переводится на режим увеличенной подачи нагретой жидкости, что приводит к увеличению потребления холодной воды струйным аппаратом из системы холодного водоснабжения. Увеличенное количество нагретой жидкости начинает поступать в аккумуляторный бак для нагрева в нем воды до заданного уровня и, минуя теплопотребляющее устройство, поток нагретой жидкости начинает поступать на выход последнего и, смешиваясь с охлажденным жидкостным потоком, поступает в систему горячего водоснабжения. При понижении потребления горячей воды снижается подача пара в сопло струйного аппарата. Соответственно снижается потребление холодной воды струйным аппаратом. По достижении заданной температуры воды в аккумуляторном баке в него также прекращается подача нагретой жидкости и установка плавно возвращается к исходному режиму работы.

Таким образом, описываемый способ работы эжекторной установки тепло- и горячего водоснабжения позволяет добиться выполнения поставленной в изобретении задачи - расширить функциональные возможности работы описываемой эжекторной установки.

На чертеже представлена принципиальная схема установки, в которой может быть реализован описываемый способ ее работы.

Эжекторная тепловыделяющая установка содержит паровой котел 1, струйный аппарат 2, теплопотребляющее устройство 3, аккумуляторный бак 4, систему горячего водоснабжения 5 и систему холодного водоснабжения 6, при этом паровой котел 1 по пару подключен к соплу струйного аппарата 2, последний выходом подключен к теплопотребляющему устройству 3, аккумуляторному баку 4 и отводу охлажденного жидкостного потока из теплопотребляющего устройства 3. В свою очередь, теплопотребляющее устройство 3 со стороны отвода из него охлажденного жидкостного потока подключено к аккумуляторному баку 4, системе горячего водоснабжения 5 и к входу в струйный аппарат 2, который, в свою очередь, подключен к системе холодного водоснабжения 6. Выход из струйного аппарата 2 подключен к паровому котлу 1, а система холодного водоснабжения 6 подключена к аккумуляторному баку 4.

Установка, в которой реализован описываемый способ, работает следующим образом.

Пар из парового котла 1 подается в сопло струйного аппарата 2. В сопле струйного аппарата 2 пар разгоняется и, истекая из сопла, увлекает в струйный аппарат 2 охлажденный жидкостной поток, который, поступая в струйный аппарат 2, разгоняется в профилированном канале. Далее разогнанные поток пара и охлажденный жидкостной поток смешиваются в струйном аппарате 2 с образованием двухфазного газожидкостного потока с передачей паром жидкости части своей тепловой энергии. Вследствие того, что скорость звука в двухфазной среде значительно ниже, чем в жидкости или газе, двухфазный поток преобразуется в сверхзвуковой двухфазный поток. После этого, например, путем направления сверхзвукового потока в струйном аппарате 2 в расширяющийся канал в сверхзвуковом двухфазном потоке организуют скачок давления, в результате чего двухфазный поток преобразуется в однофазный жидкостной поток, причем в процессе преобразования в результате практически мгновенного схлопывания в скачке давления парогазовых пузырьков происходит нагрев жидкости с образованием на выходе из струйного аппарата 2 потока нагретой жидкости, который в зависимости от режима работы струйного аппарата 2 может содержать микроскопические парогазовые пузырьки. Из струйного аппарата 2 часть потока нагретой жидкости направляют в аккумуляторный бак 4 для создания резерва нагретой воды и в паровой котел 1 для его подпитки, а другую часть потока нагретой жидкости направляют в теплопотребляющее устройство 3, например в батарею водяного отопления какого-либо здания или помещения, где происходит процесс передачи тепла потребителю, причем за счет схлопывания микроскопических пузырьков в результате торможения потока в теплопотребляющем устройстве 3 происходит дополнительный подогрев потока нагретой жидкости, что обеспечивает увеличение съема тепла с теплопотребляющего устройства 3. В результате отдачи тепла теплопотребляющим устройством 3 потребителю поток нагретой жидкости преобразуется в охлажденный жидкостной поток, который поступает для повторного нагрева из теплопотребляющего устройства 3 в струйный аппарат 2, а часть охлажденного жидкостного потока поступает в качестве горячей воды в систему горячего водоснабжения 5, и одновременно недостающая часть воды, эквивалентная потреблению горячей воды потребителем, поступает из системы холодного водоснабжения 6 на вход струйного аппарата 2, где смешивается с охлажденным жидкостным потоком и далее вместе с последним с паром в струйном аппарате 2.

При резком повышении потребления горячей воды часть нагретой в нем воды из аккумуляторного бака 4 подается в систему горячего водоснабжения 5 и на ее место в аккумуряторный бак 4 поступает холодная вода из системы водоснабжения 6. Одновременно увеличивается подача пара в сопло струйного аппарата 2 и последний переводится на режим увеличенной подачи нагретой жидкости, что приводит к увеличению потребления холодной воды струйным аппаратом 2 из системы холодного водоснабжения 6. Увеличенное количество нагретой жидкости начинает поступать в аккумуляторный бак 4 для нагрева в нем воды до заданного уровня и, минуя теплопотребляющее устройство 3, поток нагретой жидкости начинает поступать на выход последнего и, смешиваясь с охлажденным жидкостным потоком, поступает в систему горячего водоснабжения. При понижении потребления горячей воды снижается подача пара в сопло струйного аппарата 2. Соответственно снижается потребление холодной воды струйным аппаратом 2. По достижении заданной температуры воды в аккумуляторном баке 4 в него также прекращается подача нагретой жидкости и установка плавно возвращается к исходному режиму работы.

Данное описанное выше изобретение может быть использовано в автономных тепловыделяющих установках для отопления различных помещений, где отсутствует централизованная система отопления и подачи горячей воды потребителю.

Claims (1)

1. Способ работы эжекторной установки теплоснабжения и горячего водоснабжения, включающий подачу в сопло струйного аппарата в качестве нагретого теплоносителя пара из парового котла, разгон пара в сопле, разгон охлажденного жидкостного потока, смешение пара и охлаждение жидкостного потока с образованием двухфазного потока и перевод за счет этого двухфазного потока на сверхзвуковой режим течения, организацию в сверхзвуковом двухфазном потоке скачка давления с одновременным преобразованием в скачке давления двухфазного потока в однофазный поток нагретой жидкости, подачу смеси нагретого теплоносителя и охлажденного жидкостного потока в виде потока нагретой жидкости в теплопотребляющее устройство, подачу части потока нагретой жидкости из струйного аппарата для подпитки в паровой котел и отвод из теплопотребляющего устройства охлажденного жидкостного потока на вход струйного аппарата, отличающийся тем, что часть охлажденного жидкостного потока подают в качестве горячей воды в систему горячего водоснабжения, а на вход струйного аппарата подают недостающую часть воды, эквивалентную потреблению горячей воды потребителем, из системы холодного водоснабжения, при этом установка снабжена аккумуляторным баком, который подключен к системе водоснабжения и одновременно сообщен с теплопотребляющим устройством со стороны подвода в него нагретой жидкости и со стороны отвода из него охлажденного жидкостного потока с возможностью подачи нагретой жидкости в аккумуляторный бак, смешения её с холодной водой из системы водоснабжения и отвода из аккумуляторного бака полученной в нем смеси вместе с упомянутой частью охлажденного жидкостного потока в систему горячего водоснабжения.