RU2806932C1 - Нагревательно-смесительное устройство жидкостной отопительной системы - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области теплообмена, а именно к системам нагрева/отопления помещений с несколькими теплообменными контурами и общей системой распределения теплоносителя и управления. Нагревательно-смесительное устройство жидкостной отопительной системы содержит распределительные напорный и возвратный коллекторы, имеющие входной конец и выходной конец, а также расположенные вдоль коллекторов боковые отводы, циркуляционный насос, всасывающий патрубок которого соединен с возвратным коллектором, а нагнетательный соединен с напорным коллектором. Коллекторы соединены между собой при помощи байпасного патрубка. При этом устройство снабжено блоком электрического управления, а на входном конце каждого коллектора установлены последовательно датчик температуры и термостат, подключенные электрически к блоку управления, причем вход в каждый коллектор подключен к источнику нагретого теплоносителя. Всасывающий патрубок насоса соединен с выходным концом возвратного коллектора, а нагнетательный патрубок соединен с входным концом напорного коллектора. Байпасный патрубок соединяет выходной конец напорного коллектора и входной конец возвратного коллектора, при этом возвратный коллектор расположен вдоль напорного, а входной конец одного коллектора расположен напротив выходного конца другого коллектора. Техническим результатом является повышение равномерности температуры теплоносителя, распределяемого из напорного коллектора в отдельные теплообменные контуры. 2 ил.

Description

Изобретение относится к области теплообмена, а именно к системам нагрева/отопления помещений с несколькими теплообменными контурами и общей системой распределения теплоносителя и управления.

Из области техники известно устройство жидкостной отопительной системы, содержащее распределительные напорный и возвратный коллекторы, имеющие входной конец и выходной конец, а также расположенные вдоль коллекторов боковые отводы, циркуляционный насос, всасывающий патрубок которого соединен с возвратным коллектором, а нагнетательный -с напорным коллектором, коллекторы соединены между собой при помощи байпасного патрубка, при этом устройство снабжено блоком электрического управления, на каждом коллекторе, в районе его входа, установлены последовательно датчик температуры и термостат, подключенные электрически к блоку управления, причем вход в каждый коллектор подключен к источнику нагретого теплоносителя (патент RU №2663781 C2, опуб., 09.08.2018).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемого технического результата является нагревательно-смесительное устройство жидкостной отопительной системы, содержащее распределительные напорный и возвратный коллекторы, имеющие входной конец и выходной конец, а также расположенные вдоль коллекторов боковые отводы, циркуляционный насос, всасывающий патрубок которого соединен с возвратным коллектором, а нагнетательный - соединен с напорным коллектором, коллекторы соединены между собой при помощи байпасного патрубка, при этом устройство снабжено блоком электрического управления, а на входном конце каждого коллектора, установлены последовательно датчик температуры и термостат, подключенные электрически к блоку управления, причем вход в каждый коллектор подключен к источнику нагретого теплоносителя (см. нагреватель электрический саморегулирующийся. Серия «МЕ-5000» и «МЕ-7000»,

https://abc-elements.ru/index.php?route=product/product/download&product_id

=574&download_id=130).

Недостатком вышеуказанного устройства является неравномерность распределения температуры по отдельным теплообменным контурам.

Технической проблемой является создание многоконтурной системы теплообмена без снижения температуры теплоносителя в контурах, входы которых удалены от входа нагретого теплоносителя в напорный коллектор.

Техническим результатом является повышение равномерности температуры теплоносителя, распределяемого из напорного коллектора в отдельные теплообменные контуры.

Проблема решается, и технический результат достигается тем, что нагревательно-смесительное устройство жидкостной отопительной системы содержит распределительные напорный и возвратный коллекторы, имеющие входной конец и выходной конец, а также расположенные вдоль коллекторов боковые отводы, циркуляционный насос, всасывающий патрубок которого соединен с возвратным коллектором, а нагнетательный - соединен с напорным коллектором, коллекторы соединены между собой при помощи байпасного патрубка, при этом устройство снабжено блоком электрического управления, а на входном конце каждого коллектора, установлены последовательно датчик температуры и термостат, подключенные электрически к блоку управления, причем вход в каждый коллектор подключен к источнику нагретого теплоносителя, при этом, согласно изобретению, всасывающий патрубок насоса соединен с выходным концом возвратного коллектора, а нагнетательный патрубок соединен с входным концом напорного коллектора, байпасный патрубок соединяет выходной конец напорного коллектора и входной конец возвратного коллектора, при этом возвратный коллектор расположен вдоль напорного, а входной конец одного коллектора расположен напротив выходного конца другого коллектора. Источник нагретого теплоносителя выполнен в виде встроенного электрического нагревателя патронного типа, установленного во входном конце каждого коллектора, при этом на каждом коллекторе установлен симистор, связанный с блоком управления и нагревателем с возможностью изменения степени его нагрева в соответствии с сигналом, полученным от блока управления.

Изобретение поясняется при помощи чертежей.

На фиг. 1 показана схема устройства;

На фиг. 2 показана схема движения теплоносителя.

На чертежах конструктивные элементы обозначены следующими позициями:

1 - напорный коллектор;

2 - термоманометр;

3 - консоль крепления коллекторов;

4 - эксцентрики трубные соединения насоса с коллекторами;

5 - циркулярный насос;

6 - возвратный коллектор;

7 - клапан предохранительный;

8 - вилка питания блока управления (БУМ);

9 - симистор;

10 - предельный термостат;

11 - датчик температуры;

12 - клапан заполнения/слива;

13 - байпасный патрубок;

14 - встроенный электрический нагреватель патронного типа;

15 - блок управления (БУМ);

16 - воздухоотводчик;

17 - заглушка 1/2";

18 - заглушка 1";

19 - расширительный бак с гибкой подводкой;

20 - сервисный клапан;

21 - комплект с расходомером;

22 - термостатический клапан;

Описываемое устройство работает следующим образом.

К устройству подключают несколько контуров с различными тепловыми нагрузками, в том числе и контуры теплого пола.

При подключении нескольких контуров требуется предварительный расчет параметров на соответствие использования в конкретной схеме теплоснабжения для его последующей настройки при установке и эксплуатации.

С помощью циркуляционного насоса 5 теплоноситель циркулирует по теплообменным контурам, например, теплого пола, отдавая тепло чистовому покрытию и, далее, в помещение. Температура в помещении зависит от температуры поверхности теплого пола, а мощность отопительной панели от фактических потерь тепла помещением, которое обслуживает данный контур.

Таким образом, мощность нагревателя и температура теплоносителя напрямую зависят от желаемой температуры в помещении, тепловых потерь помещения и типа чистового покрытия (на преодоление разного покрытия в зависимости от его теплопроводности тратится разное количество тепла).

В разработанном нагревательно-смесительном устройстве жидкостной отопительной системы со встроенными электрическими нагревателями патронного типа реализован основной принцип управления отопительным прибором: поддержание заданной температуры теплоносителя за счёт изменения мощности встроенных электрических нагревателей патронного типа.

Температура теплоносителя измеряется датчиком 11. Процессор блока управления 15, анализируя фактическую, заданную и скорость изменения температуры теплоносителя, выдает соответствующий сигнал и с помощью симистора 9 осуществляет сдвиг синусоиды электропитания, выдаваемого на встроенные электрические нагреватели патронного типа 14, установленные в напорном коллекторе 1 и возвратном коллекторе 6, управляя их мощностью.

На контролере 15 вручную задается температура теплоносителя, при которой будет достигнута комфортная желаемая температура в помещении, далее блок управления автоматически будет поддерживать температуру теплоносителя:

- при понижении температуры на улице, следовательно, увеличении тепловых потерь, датчик 11 отреагирует на падение температуры теплоносителя, вернувшегося из отопительной панели, процессор блока управления 15 выдаст сигнал на повышенеие мощности встроенного электрического нагревателя патронного типа 14, которая будет уменьшаться пропорционально скорости нарастания температуры теплоносителя;

- за 3-5°С до достижения заданной температуры контроллер блока управления 15 начнет пропорционально снижать мощность встроенный электрический нагреватель патронного типа 14, удерживая темп изменения температуры теплоносителя, вплоть до отключения функции нагрева;

- при достижении заданной температуры теплоносителя запускается адаптивная электронная модель ПИД-регулирования мощности нагревателя 14, удерживая заданное значение температуры теплоносителя.

В описываемом устройстве электрический нагреватель патронного типа 14 и автоматика управления установлены крест-накрест, таким образом, второй электрический нагреватель патронного типа 14, например, подключенный на вход в возвратный коллектор 6, будет автоматически подключаться при недостаточности мощности первого электрического нагревателя патронного типа 14, подключенного на вход в напорный коллектор 1. При этом возвратный коллектор 6 расположен вдоль напорного коллектора 1, например, параллельно, а входной конец одного коллектора расположен напротив выходного конца другого коллектора. То есть при параллельном их расположении входной конец одного коллектора расположен рядом с выходным концом другого, в пределах длины одного из коллекторов, как это показано на чертежах.

В этом случае нижний электрический нагреватель патронного типа 14 (возвратного коллектора 6) будет первым стараться нагреть до заданной температуры теплоноситель, вернувшийся из теплообменника теплого пола. Нагретый теплоноситель поступает не только на подачу в контуры теплого пола, но и на датчик температуры второго электрического нагревателя патронного типа 14 (установлен в напорном коллекторе 1), далее движется через байпас 13 по кругу. Таким образом, датчик верхнего электрического нагревателя патронного типа 14 (установлен в напорном коллекторе 1) получает температуру, нагретую нижним электрическим нагревателем патронного типа 14 (возвратного коллектора 6) и сравнивает её с заданной на контроллере верхнего электрического нагревателя патронного типа 14. Если мощности нижнего электрического нагревателя патронного типа 14 недостаточно (температура не достигает заданной величины) контроллер блока управления 15 напорного коллектора 1 включает нагрев и автоматически повышает мощность до необходимой и достаточной для догрева до заданной величины теплоносителя, нагретого и поступившего с возвратного коллектора 6.

Система из двух нагревателей с двумя индивидуальными контроллерами блоков управления 15 автоматически находит тепловой баланс и подстраивает мощности электрических нагревателей патронного типа 14 под фактические потребности в тепле (потери тепла), что значительно увеличивает эффективность их использования.

Поскольку все системы отопления, включая источники тепла, рассчитываются для потребности мощности в самую холодную пятидневку, то в межсезонье один из двух нагревателей можно отключить.

Таким образом, с помощью интеллектуальной системы управления в описываемом устройстве фактически соблюдается главное уравнение теплового баланса: сколько помещение теряет тепла, ровно столько будет потребляемая мощность нагревателя.

Чем меньше отопительная нагрузка, тем меньше потребляемая мощность нагревателя.

Если количество контуров более 7, то из-за ограниченной длины электрического нагревателя патронного типа 14 часть контуров, расположенных ближе к насосу 5, не попадает в зону, непосредственно нагреваемую электрическим нагревателем патронного типа 14 возвратного коллектора 6, а повышение мощности до необходимого уровня будет иметь «транспортное запаздывание» и полностью зависеть от количества теплоносителя, прокачиваемого через байпас 13. Кроме того, в силу своего расположения согласно конструкции устройства такие контуры, не охваченные нагревателем возвратного коллектора 6, стоят первыми на подачу теплоносителя в контуры теплого пола.

Таким образом, только при установке электрических нагревателей патронного типа крест-накрест датчики 11 напорного коллектора 1 сразу «увидят» недогрев теплоносителя части контуров и повысят мощность верхнего электрического нагревателя патронного типа 14 до необходимой, а теплоноситель, поступивший из возвратного коллектора 6 будет нагрет до необходимого значения и подан в контуры теплого пола.

Каждый электрический нагреватель патронного типа 14 имеет встроенную интеллектуальную систему управления, которая автоматически изменяет (повышает/понижает) мощность электрического нагревателя патронного типа, поддерживая заданную температуру теплоносителя.

Установка электрических нагревателей патронного типа и автоматики с датчиками крест-накрест позволяет:

• эффективно использовать электрические нагреватели патронного типа не только за счет частотного регулирования их мощности, но и автоматически подключать электрические нагреватели патронного типа 14 непосредственно при недостаточности мощности одного из упомянутых нагревателей 14.

• эффективно обслуживать большие площади (до четырнадцати теплообменных контуров), когда число контуров значительно превышает длину электрического нагревательного элемента.

Изделие со встроенными электрическими нагревателями патронного типа 14 полностью автономно:

- не требуется подключение к внешнему источнику тепла, но при этом может быть просто подключено к любому высокотемпературному источнику, потребляемая изделием мощность будет также автоматически поддерживаться, вплоть до полного отключения функции нагрева;

- теплоноситель заполняется один раз и, далее, прокачивается по контурам и через нагреватель по замкнутому циклу;

- температура задается один раз, далее система управления автоматически поддерживает заданную температуру, управляя мощностью нагревателя.

Устройство может также работать и с внешним источником нагретого теплоносителя, подключаемого ко входам обоих коллекторов 1 и 6.

Таким образом, описанное устройство имеет многоконтурную систему теплообмена с выравниваем температуры теплоносителя в контурах, входы которых удалены от входа нагретого теплоносителя в напорный коллектор.

Устройство позволяет повысить равномерность температуры теплоносителя, распределяемого из напорного коллектора в множество отдельных теплообменных контуров, при этом не требуется использование регуляторов расхода жидкости в каждом контуре, снабженных системой управления расхода.

Устройство позволяет не только повысить равномерность температуры теплоносителя, но и обеспечить равномерность омывания встроенных нагревателей и снятия с них отопительной мощности, что, в свою очередь, вне зависимости от количества активных (потребляющих тепло и/или открытых/закрытых) на данный момент времени теплообменных контуров обеспечивает:

- равномерность распределения отопительной нагрузки по всей длине встроенного электрического нагревательного элемента и плавность управления мощностью нагревателя (отсутствие зон перегрева/недогрева).

К устройству возможно подключение внешнего источника теплоносителя. Подача теплоносителя осуществляется посредством термостатического клапана, который устанавливается, предпочтительно, на верхней балке узла и подключается к трубопроводу подачи теплоносителя от внешнего источника. Термостатический клапан 22 является средством контроля и управления температурой теплоносителя.

Claims (1)

1. Нагревательно-смесительное устройство жидкостной отопительной системы, содержащее распределительные напорный и возвратный коллекторы, имеющие входной конец и выходной конец, а также расположенные вдоль коллекторов боковые отводы, циркуляционный насос, всасывающий патрубок которого соединен с возвратным коллектором, а нагнетательный соединен с напорным коллектором, коллекторы соединены между собой при помощи байпасного патрубка, при этом устройство снабжено блоком электрического управления, а на входном конце каждого коллектора установлены последовательно датчик температуры и термостат, подключенные электрически к блоку управления, причем вход в каждый коллектор подключен к источнику нагретого теплоносителя, отличающееся тем, что всасывающий патрубок насоса соединен с выходным концом возвратного коллектора, а нагнетательный патрубок соединен с входным концом напорного коллектора, байпасный патрубок соединяет выходной конец напорного коллектора и входной конец возвратного коллектора, при этом возвратный коллектор расположен вдоль напорного, а входной конец одного коллектора расположен напротив выходного конца другого коллектора, источник нагретого теплоносителя выполнен в виде встроенного электрического нагревателя патронного типа, установленного во входном конце каждого коллектора, при этом на каждом коллекторе установлен симистор, связанный с блоком управления и электрическим нагревателем патронного типа с возможностью изменения степени его нагрева в соответствии с сигналом, полученным от блока управления.