WO2017146608A1 - Вакуум-паровая система отопления - Google Patents

Вакуум-паровая система отопления Download PDF

Info

Publication number
WO2017146608A1
WO2017146608A1 PCT/RU2017/000042 RU2017000042W WO2017146608A1 WO 2017146608 A1 WO2017146608 A1 WO 2017146608A1 RU 2017000042 W RU2017000042 W RU 2017000042W WO 2017146608 A1 WO2017146608 A1 WO 2017146608A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
steam
vacuum
condensate
boiler
subsystem
Prior art date
Application number
PCT/RU2017/000042
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Антон Викторович ХАН
Игорь Ву-Юнович ВАН
Любовь Викторовна ХАН
Виктор Константинович ХАН
Original Assignee
Антон Викторович ХАН
Игорь Ву-Юнович ВАН
Любовь Викторовна ХАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Антон Викторович ХАН, Игорь Ву-Юнович ВАН, Любовь Викторовна ХАН filed Critical Антон Викторович ХАН
Priority to US16/097,742 priority Critical patent/US11131465B2/en
Priority to EA201891912A priority patent/EA038929B1/ru
Priority to EP17756904.3A priority patent/EP3339748B1/de
Priority to KR1020187027936A priority patent/KR20180117667A/ko
Priority to CA3022680A priority patent/CA3022680C/en
Publication of WO2017146608A1 publication Critical patent/WO2017146608A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1003—Arrangement or mounting of control or safety devices for steam heating systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22D—PREHEATING, OR ACCUMULATING PREHEATED, FEED-WATER FOR STEAM GENERATION; FEED-WATER SUPPLY FOR STEAM GENERATION; CONTROLLING WATER LEVEL FOR STEAM GENERATION; AUXILIARY DEVICES FOR PROMOTING WATER CIRCULATION WITHIN STEAM BOILERS
    • F22D5/00—Controlling water feed or water level; Automatic water feeding or water-level regulators
    • F22D5/26—Automatic feed-control systems
    • F22D5/34—Applications of valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D1/00—Steam central heating systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D1/00—Steam central heating systems
    • F24D1/02—Steam central heating systems operating with live steam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D1/00—Steam central heating systems
    • F24D1/08—Feed-line arrangements, e.g. providing for heat-accumulator tanks, expansion tanks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/08—Arrangements for drainage, venting or aerating
    • F24D19/081—Arrangements for drainage, venting or aerating for steam heating systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/0009—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters of the reduced pressure or vacuum steam type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
    • Y02P80/15—On-site combined power, heat or cool generation or distribution, e.g. combined heat and power [CHP] supply

Definitions

  • the invention relates to the field of power engineering, in particular to energy-saving technologies.
  • a vacuum-steam heating system with parallel condensate return and rarefaction control subsystems in the system is designed to transfer heat flow from a heat source to consumers and serves for autonomous heating of residential, public and industrial buildings, greenhouses, livestock farms, etc.
  • a vacuum-steam method is used, based on a closed evaporation-condensation cycle with a high rate of molar heat transfer by steam.
  • the vacuum-steam method of heat transfer is carried out by a system that includes: a steam boiler equipped with an automatic control and blocking block of energy supply, devices for visual control of the water level in the boiler and steam pressure in the steam collector, as well as safety valves ensuring the safe operation of the boiler.
  • a steam boiler equipped with an automatic control and blocking block of energy supply
  • devices for visual control of the water level in the boiler and steam pressure in the steam collector as well as safety valves ensuring the safe operation of the boiler.
  • the upper distribution steam line and the condensate line with a mechanical pumping condensate drain to the condensate collecting tank and then to the boiler vertical distributing steam lines for supplying steam to the pipe distribution of heating devices, a vacuum liquid ring pump to create the initial vacuum and ensure quality control of the coolant temperature by changing the vacuum depth are horizontally located in the system by automatically controlling the operation of the pump.
  • High efficiency of this system is achieved by minimal energy consumption when transferring heat flow from a heat source to consumers, by central qualitative and quantitative regulation of steam flow, which is provided by an automatic control and blocking block of energy supply and a rarefaction control subsystem.
  • the heating system differs in comparison with the analogues of vacuum-steam and sub-atmospheric heating systems by the presence of the condensate return subsystem to the steam boiler and controlled, depending on the required coolant temperature (quality control) by creating different depths of vacuum (vacuum), as well as quantitative control of the coolant flow rate at using automatic control of energy supply to the burner device of the boiler furnace.
  • the system has a high heat transfer coefficient with an efficiency of 89% and significant energy savings of up to 38%.
  • the energy efficiency of the system is also ensured by the fact that the condensate return device to the steam boiler does not consume electricity, and the operation mode of the vacuum-ring pump is periodic.
  • a known vacuum-steam system which includes: a boiler with a steam collector, heating devices connected by means of taps with a steam pipe, a steam trap with a condensate pipe and a device for creating a vacuum
  • This system is characterized by high metal consumption and a high probability of loss of tightness. The system does not provide for regulation of energy consumption and the explosion safety of the boiler.
  • a known installation for heating with vacuum steam (the source is a publication posted on the Internet, site: ngpedia. Ru id427980pl .html "Vacuum-steam system. Large encyclopedia of oil and gas").
  • Installation - includes: steam boiler, distribution line, risers for supplying steam, heating appliances, risers for condensate drainage, filter, vacuum pump, air separator.
  • the disadvantage of this system is a continuously operating vacuum pump that consumes a significant amount of electricity in series with a steam boiler connected through an air separator.
  • the boiler explosion protection system is not provided.
  • the closest analogue is the well-known vacuum-steam system (the source PN Kamenev, AN Skanavi, VN Bogoslavsky “Heating and ventilation, part 1” Moscow, Stroyizdat, 1975), the device circuit of which includes: steam boiler, steam condensate piping with heating devices, steam traps, condensate tank, system parameters control device, liquid ring pump for creating vacuum and condensate pumping.
  • the disadvantages of this system are the high probability of loss of tightness through the sealing devices of the vacuum ring-type pump, as well as the inability of the membrane pressure regulator to regulate various vacuum values, because when using this regulator, turning the pump on and off will be for only one specific value of the specified vacuum, for a different vacuum value readjustment of the regulator.
  • the objective of the invention is the creation of a heating system with efficient use of energy (natural gas, electricity, etc.), the use of low-cost materials, reliable and safe operation, the creation of conditions for convenient installation, ensuring ease of maintenance and operation and the possibility of arranging a steam boiler as in basement and floor and roof options.
  • the technical result is achieved in that the heat flux is transferred in a vacuum-steam manner, based on superconductivity of heat energy with a high coefficient of heat flux transfer from the heat source to consumers through a closed circulation system of pipelines (steam pipelines and condensate pipelines).
  • the use of a vacuum-steam method of heat transfer can reduce energy consumption by reducing costs for transferring thermal energy to the room heating system, eliminating booster pumps for supplying coolant, for example in a water heating system c. . . high hydrostatic pressure.
  • Low-cost materials low-carbon steel pipes, metal-plastic pipes, conventional fittings, steam valves, etc. are applicable for the device for conveying heat transfer fluid (evacuated steam).
  • condensate return subsystem in the steam boiler allows you to locate the heat point both in the basement, and in the floor and roof versions, because a mechanical pumping steam trap can create a back pressure depending on the developed pressure by a steam boiler of working steam up to 16 MPa.
  • compressed air from the compressor receiver can be used as a working medium for pumping condensate.
  • the ability of the pumped condensate trap to transport condensate to a high height allows you to locate the heat point in both the basement, floor and roof versions.
  • Figure 1 shows a diagram of a vacuum-steam heating system with parallel subsystems for returning condensate to the boiler and evacuating the system.
  • the vacuum-steam heating system consists (see Fig. 1) of the subsystems: steam, condensate return to the boiler, vacuumization and quality control of the steam temperature, room heating.
  • the steam subsystem includes: a steam boiler 1, a steam collector 2, a furnace space 3, a plug valve 4, a valve for feeding the boiler with water 5, a tap for softened water 6, a drain valve for the steam subsystem 7, a water level indicator in the boiler 8, safety valves 9, a unit for automatically controlling the fuel supply and blocking in the event of a power cut, and a manovacuum meter for visual monitoring of pressure-vacuum in the subsystem.
  • the condensate return subsystem to the boiler includes: a mechanical transfer condensate drain (condensate pump) 10, a condensate collecting tank1 1, equipped with a float valve for supplying steam from the boiler 12, which includes a float device 13, a needle valve 14 and a condensate level indicator in the tank 15, a pipeline condensate supply to the boiler 16, non-return valve 17, drain valve 18, steam supply pipe from the boiler 19 (for balancing the back pressure in the condensate supply pipe to the boiler), condensate supply pipe 20, reverse second valve 21, a conduit supplying motive steam to the steam trap 22, the drain valve 23, the exhaust pipe of spent motive steam 24, the central condensate 25, sump 26, a strainer 27 and a valve 28 supplying motive steam.
  • a mechanical transfer condensate drain (condensate pump) 10 a condensate collecting tank1 1, equipped with a float valve for supplying steam from the boiler 12, which includes a float device 13, a needle valve 14 and a condensate level
  • the vacuum and quality control subsystem includes: a vacuum ring pump 29, an air separator 30 provided with a check valve 31, a water supply pipe for forming a water ring in the pump 32, a valve 33, an air intake pipe from the system 34, a check valve 35, a steam condensate cooler 36 mixtures simultaneously sucked together with air from the condensate line 25, the pipeline for supplying evacuated air and cooled condensate 37, valve 38, pipeline 39 for supplying overflow water back to the condensate Gadfly, non-return valve 40, solenoid valve (normally open) 41, automatic control unit for the operation of the vacuum ring water pump and solenoid valve, electrical contact pressure gauge, valve 42, valve 43 for pre-filling water to start the pump and valve 1 to reduce the vacuum in the system.
  • the space heating subsystem includes: a distribution steam line 44, a pressure regulator "after itself" 45, a steam valve 46, vertical distributing steam lines 47, vertical condensate lines ⁇ 48, steam flow valves 49
  • the vacuum-steam heating system works as follows: put the plug valve 4 in the "Closed” position, turn valves 6, 7, 18, 23, 33, 51 to the "Closed” position, bring valves 5, 28, 38, 46, 49 into open position. Connect the flexible sleeve of the calibrated container with softened water to valve 43, set the valve to the “Open” position, pre-fill with water to the level of the overflow pipe branch in the air separator, then set the valve to the “Closed” position, disconnect the sleeve. Fill the steam boiler with water to the upper level of the boiler water space according to the level indicator 8 by opening the 6.5 valves after refueling, bring it to the "Closed” position.
  • the condensate collecting tank is located in height relative to the steam boiler so that the level of filling the tank with water corresponds to the water level in the steam boiler.
  • the condensate flows down the vertical condensate pipelines to the central one and then flows by gravity to the mechanical pumping steam trap, which, using the working steam coming through the pipe 22, transports the condensate through the pipe 20 to the condensate collection tank.
  • the float of the steam supply device to the tank rises, allowing the needle valve to transfer steam to the tank, while the pressure inside the tank becomes equal to the pressure in the pipe 16, the check valve 17 will open, condensate will drain into the boiler due to its weight, and the float the device acts on a needle valve, which blocks the access of steam, thereby allowing the next portion of condensate to be pumped into the tank.
  • a mechanical condensate drain pump that does not consume electrical energy, periodically operating a vacuum ring pump that does not participate in condensate pumping, since the condensate return and vacuum subsystems are separated, increases the system's energy efficiency.
  • a feature of this heating system is that the system is divided into independently operating condensate return subsystems using a mechanical pumped condensate drain and a condensate collection tank with a float valve to supply balancing steam to the tank with a cyclic small portioned supply of hot condensate to the boiler, this flow does not knock down process of stable boiling water.
  • the ability to force the condensate to be raised by the pumping condensate drain to a higher height allows the installation of a heat point in various ways.
  • the heating system is easy to maintain, safe to operate and provides reliable uninterrupted operation of the heat supply.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Steam Or Hot-Water Central Heating Systems (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)
  • Jet Pumps And Other Pumps (AREA)

Abstract

Вакуум-паровая система отопления относится к области теплоэнергетики, а именно к энергосберегающим технологиям и предназначена для автономного отопления жилых, общественных, производственных зданий и теплиц, животноводческих ферм и т.д. Для высокоэффективной передачи теплового потока от источника тепловой энергии применен вакуум-паровой способ передачи тепла с применением замкнутого испарительно-конденсационного цикла с высокой скоростью молярного переноса теплоты паром, с раздельными подсистемами возврата конденсата и вакуумирования и регулирования разрежения в системе, с возможностью монтажа теплового пункта как в подвальном, напольном, так и в крышном вариантах. Надежность системы обеспечивается ее безопасной и бесперебойной работой и при неудовлетворительном уровне герметичности системы (до устранения утечек). КПД системы достигает 89%, экономия энергоносителя составляет 38%.

Description

Вакуум-паровая система отопления
Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к энергосберегающим технологиям.
Вакуум-паровая система отопления с параллельными подсистемами возврата конденсата и регулирования разрежения в системе предназначена для передачи теплового потока от источника тепловой энергии к потребителям и служит для автономного теплоснабжения жилых, общественных и производственных зданий, теплиц, животноводческих ферм и т.д.
Для высокоэффективной передачи теплового потока применен вакуум-паровой способ, основанный на работе по замкнутому испарительно-конденсационному циклу с высокой скоростью молярного переноса теплоты паром.
Вакуум-паровой способ теплопередачи осуществляется системой, включающей в себя: паровой котел, снабженный блоком автоматического регулирования и блокировки подачи энергоносителя, приборами визуального контроля уровня воды в котле и давления пара в паросборнике, а также предохранительными клапанами, обеспечивающими безопасность работы котла. Здесь же горизонтально расположен верхний распределительный паропровод и конденсатопровод с механическим перекачивающим конденсатоотводчиком в бак сбора конденсата и далее в котел, вертикальные разводящие паропроводы подачи пара в трубную разводку нагревательных приборов, вакуумный водокольцевой насос для создания начального разрежения и обеспечения качественного регулирования температуры теплоносителя путем изменения глубины вакуума в системе посредством автоматического управления работой насоса. Высокий КПД данной системы достигается минимальными затратами энергии при передаче теплового потока от источника тепла потребителям, центральным качественным и количественным регулированием расхода пара, который обеспечивается блоком автоматического регулирования и блокировки подачи энергоносителя и подсистемой регулирования разрежения. Система отопления отличается по сравнению с аналогами вакуум-паровой и субатмосферной систем отопления наличием подсистемы возврата конденсата в паровой котел и управляемого, в зависимости от требуемой температуры теплоносителя (качественного регулирования) путем создания различной глубины разрежения (вакуума), а также количественным регулированием расхода теплоносителя при помощи автоматического регулирования подачи энергоносителя в горелочное устройство топки котла. Система обладает высоким коэффициентом теплопередачи с КПД 89% и значительной экономией энергоносителя до 38%. Энергоэффективность системы также обеспечивается тем, что устройство возврата конденсата в паровой котел не потребляет электроэнергии, а режим работы вакуумного- водокольцевого насоса - периодический.
Бесперебойность и стабильность работы данной вакуум-паровой системы отопления в процессе эксплуатации обеспечивается независимой подсистемой возврата конденсата в котел с применением механического перекачивающего конденсатоотводчика (конденсатного насоса), а поддержание и регулирование разрежения в системе подсистемой вакуумирования с применением системы автоматического управления работой вакуумного- водокольцевого насоса.
Известна вакуум-паровая система, которая включает в себя: котел с паросборником, нагревательные приборы, соединенные посредством кранов с паропроводом, конденсатоотводчик с конденсатопроводом и устройство для создания вакуума (Патент РФ .195608, F24D 1/00 от 27.12.2002). Эта система отличается большой металлоемкостью и высокой вероятностью потери герметичности. В системе не предусмотрено регулирование расходом энергоносителя и взрывобезопасность котла. Известна установка для нагревания вакуумным паром (первоисточник-публикация, размещенная в интернете, сайт: ngpedia. ru id427980pl .html "Вакуум-паровая система. Большая энциклопедия нефти и газа"). Установка- включает в себя: паровой котел, распределительную линию, стояки для подвода пара, нагревательные приборы, стояки для отвода конденсата, фильтр, вакуум-насос, воздухоотделитель. Недостатком этой системы является последовательно соединенный через воздухоотделитель с паровым котлом постоянно работающий вакуумный насос потребляющий значительное количество электроэнергии. Высокая вероятность возникновения кавитации в связи с тем, что насос в данной системе откачивает кроме воздуха, пар и горячий конденсат, воздухоотделитель в момент удаления воздуха в атмосферу не эффективно возвращает конденсат в паровой котел при наличии в нем избыточного давления, а при абсолютном давлении в котле, меньшем атмосферного есть большая вероятность всасывания в котел наружного воздуха. Не предусмотрена система взрывобезопасности котла.
Наиболее близким аналогом является известная вакуум-паровая система (первоисточник П.Н. Каменев, А.Н. Сканави, В.Н.Богославский «Отопление и вентиляция, часть 1» Москва, Стройиздат, 1975г.), в схему устройства которых входят: паровой котел, трубная пароконденсатная обвязка с нагревательными приборами, конденсатоотводчики, конденсатный бак, устройство регулирования параметрами системы, водокольцевой насос для создания разрежения и перекачки конденсата. Недостатки этой системы - высокая вероятность потери герметичности через уплотнительные устройства вакуумного водокольцевого насоса, а также невозможность регулирования мембранным регулятором давления различных значений вакуума т.к при применении данного регулятора включение и отключение насоса будет только для одного определенного значения заданного разрежения, для другого значения разрежения потребуется переналадка регулятора. При отключении вакуумного водокольцевого насоса на неопределенное время, прекратится подача конденсата в котел, т.к. насос присоединен к котлу последовательно. Насос должен работать постоянно потребляя значительное количество электроэнергии. Ограничение по устройству теплового пункта с паровым котлом только в подвальном помещении из-за ограничения возврата конденсата в котел при противодавлении пара напору в выкидной линии вакуумного насоса.
Задачей изобретения является создание системы отопления с эффективным использованием энергоносителя (природного газа, электричества и т.д.), применение недорогостоящих материалов, надежной и безопасной работы, создание условий для удобного монтажа, обеспечение простоты в обслуживании и эксплуатации и возможности расположения парового котла как в подвальном так и напольном и крышном вариантах.
Технический результат достигается тем, что передача теплового потока производится вакуум-паровым способом, основанном на сверхпроводимости тепловой энергии с высоким коэффициентом передачи теплового потока от источника тепла к потребителям по замкнутой циркуляционной системе трубопроводов (паропроводов и конденсатопроводов). Применение вакуум-парового способа теплопередачи позволяет снизить энергопотребление за счет снижения затрат для передачи тепловой энергии к системе обогрева помещений, исключение повысительных насосов для подачи теплоносителя, ка например в водяной системе отопления с ... большим гидростатическим давлением. Для устройства транспортировки теплоносител (отвакуумированного пара) применимы недорогостоящие материалы (трубы из низкоуглеродистой стали, металлопластиковые трубы, обычные фитинги, запорная паровая арматура и т.д.). Все это благодаря вводу в систему периодически работающего вакуумного водокольцевого насоса с автоматической системой управления в зависимости от состояния системы и задаваемых параметров разрежения, максимально удаляющего при запуске системы растворенный воздух в промежуточном теплоносителе (воде, антифризе) с температурой теплоносителя не превышающей 96°С . Ввод блока автоматического регулирования подачи энергоносителя в паровой котел позволяет произвести центральное количественное регулирование расходом теплоносителя (пара), а система блокировки подачи энергоносителя и -заправка котла расчётным строго дозированным количеством промежуточного теплоносителя обеспечивает взрывобезопасность котла. Небольшой объем заправки промежуточным теплоносителем также позволяет снизить затраты энергоносителя для быстрого прогрева промежуточного теплоносителя в котле что приводит к значительной экономии водных ресурсов. Применение подсистемы возврата конденсата в паровой котел позволяет расположить тепловой пункт как в подвальном, так и в напольном и крышном вариантах, т.к. механический перекачивающий конденсатоотводчик может создать давление подпора в зависимости от развиваемого давления паровым котлом рабочего пара до 16 МПа.
Следует отметить, что рабочей средой для перекачки конденсата может применяться сжатый воздух из ресивера компрессора. Способность перекачивающего конденсотоотводчика транспортировать конденсат на большую высоту позволяет расположить тепловой пункт как в подвальном, так и напольном и крышном вариантах.
На фиг.1 изображена схема вакуум-паровой системы отопления с параллельными подсистемами возврата конденсата в котел и вакуумирования системы.
Вакуум-паровая система отопления состоит (см. фиг. 1) из подсистем: пара , возврата конденсата в котел, вакуумирования и качественного регулирования температуры пара, обогрева помещений.
Подсистема пара включает в себя: паровой котел 1, паросборник 2, топочное пространство 3, пробковый кран 4, вентиль подпитки котла водой 5, вентиль водопровода умягченной воды 6, дренажный клапан подсистемы пара 7, указатель уровня воды в котле 8, предохранительные клапаны 9, блок автоматического регулирования подачи топлива и блокировки в случае прекращения подачи энергоносителя и мановакуумметр для визуального контроля давления-разрежения в подсистеме.
Подсистема возврата конденсата в котел включает в себя: механический перекачивающий конденсатоотводчик (конденсатный насос) 10, бак сбора конденсата1 1, снабженный поплавковым клапаном подачи пара из котла 12 в составе которого поплавковое устройство 13, игольчатый клапан 14 и указатель уровня конденсата в баке 15, трубопровод подачи конденсата в котел 16, обратный клапан 17, дренажный вентиль 18, трубопровод подачи пара из котла 19 (для балансировки противодавления в трубопроводе подачи конденсата в котел), трубопровод подачи конденсата 20, обратный клапан 21, трубопровод подачи рабочего пара в конденсатоотводчик 22, дренажный вентиль 23, трубопровод выхлопа отработанного рабочего пара 24, центральный конденсатопровод 25, грязевик 26, сетчатый фильтр 27 и вентиль 28 подачи рабочего пара.
Подсистема вакуумирования и качественного регулирования включает в себя: вакуумный водокольцевой насос 29, воздухоотделитель 30, снабженный обратным клапаном 31 , трубопровод подачи воды для образования водяного кольца в насосе 32, вентиль 33, всасывающий трубопровод воздуха из системы 34, обратный клапан 35, охладитель 36 пароконденсатной смеси попутно всасываемой вместе с воздухом из конденсатопровода 25, трубопровод подачи откаченного воздуха и охлажденного конденсата 37, вентиль 38, трубопровод 39 подачи переливной воды обратно в конденсатопровод, обратный клапан 40, электромагнитный клапан (нормально открытый) 41 , блок автоматического управления работой вакуумного водокольцевого насоса и электромагнитного клапана, электроконтактный манометр, вентиль 42, вентиль 43 предварительной заправки водой для запуска насоса и вентиль 1 для уменьшения разрежения в системе. Подсистема обогрева помещений включает в себя: распределительный паропровод 44, регулятор давления "после себя" 45, паровой вентиль 46, вертикальные разводящие паропроводы 47, вертикальные конденсатопроводы · 48, вентили расхода пара 49, нагревательные приборы 50.
Следует особо отметить, что для достижения удовлетворительного уровня герметичности всей системы следует после монтажа провести обязательное испытание каждой из подсистем на утечки испытательной средой 99% воздуха + 1% гелия давлением закачки 6 кг/см2. Контроль за утечками производить гелиевым течеискателем.
Вакуум-паровая система отопления работает следующим образом: пробковый кран 4 привести в положение "Закрыто", вентили 6, 7, 18, 23, 33, 51 привести в положение "Закрыто", вентили 5, 28, 38, 46, 49 привести в положение "Открыто". Присоединить к вентилю 43 гибкий рукав тарированной емкости с умягченной водой, привести вентиль в положение "Открыто", произвести предварительную заправку водой до уровня расположения патрубка переливного трубопровода в воздухоотделителе, затем вентиль привести в положение "Закрыто", отсоединить рукав. Произвести заправку водой в паровой котел до верхнего уровня водяного пространства котла по указателю уровня 8 открытием вентилей 6,5 после заправки привести в положение "Закрыто".
Присоединить гибкий шланг тарированной емкости к вентилю 18, привести вентиль 18 в положение "Открыто", произвести заправку водой до нижней поверхности поплавка по указателю уровня 15, после заправки отсоединить рукав, вентиль привести в положение "Закрыто". Бак сбора конденсата расположен по высоте относительно парового котла так, что уровень заправки бака водой соответствует уровню воды в паровом котле.
Включить блок автоматического управления работой вакуумного водокольцевого насоса 29 и электромагнитного клапана 41, установить указатель величины разрежения на электроконтактном манометре на деление со значением Рв= -0,7кг/см2, что соответствует абсолютному давлению Рабс ~0,3кг/см2.
Произведем запуск в работу вакуумный водокольцевой насос следующим образом: привести вентиль 33 в положение "Открыто", заполнить рабочее пространство насоса водой, включить насос. При включении насоса электромагнитный клапан 41 автоматически примет положение "Закрыто", тогда откачиваемый воздух из системы через обратный клапан 31 будет удален в атмосферу. При достижении заданного разрежения в системе насос автоматически выключится, при этом клапан 41 примет положение "Открыто" перепуская перелитый в воздухоотделитель конденсат обратно в конденсатопровод.
Запуск парового котла производится в следующем порядке: пробковый кран 4 приводится в положение "Открыто", блок автоматики вводит в работу горелочное устройство в топке котла 3, образующийся при кипении пар сепарируется в паросборнике до степени сухости х=0,85, затем через регулятор давления, отрегулированного на стенде с установкой абсолютного давления "после себя" РабС~0,9кг/см2 поступает по распределительному паропроводу 44 в подсистему обогрева помещений, а именно в нагревательные приборы 50, где, конденсируясь, передает большую часть скрытой теплоты парообразования прибору, а затем с высоким коэффициентом теплопередачи помещению. Конденсат стекает по вертикальным конденсатопроводам в центральный и далее самотеком поступает в механический перекачивающий конденсатоотводчик, который с помощью рабочего пара поступающего по трубопроводу 22 транспортирует конденсат по трубопроводу 20 в бак сбора конденсата. По мере заполнения бака конденсатом поплавок устройства подачи пара в бак приподнимается, позволяя игольчатому клапану перепустить пар в бак, при этом давление внутри бака становится равным давлению в трубопроводе 16 обратный клапан 17 будет открыт, конденсат под действием своего веса стекает в котел, при этом поплавковое устройство воздействует на игольчатый клапан, который перекрывает доступ пара , позволяя тем самым перекачать в бак следующую порцию конденсата.
Следует особо отметить, что при не работающем вакуумном водокольцевом насосе охлажденный конденсат поступивший в воздухоотделитель 30 при работе насоса, через обратный клапан 40 и электромагнитный клапан, который нормально открыт возвращается по трубопроводу 39 в центральный конденсатопровод 25. Таким образом обеспечивается стабильный водный баланс в системе, то есть обеспечивается постоянный номинальный уровень воды в паровом котле без дополнительной подпитки воды при работе системы (не требуется установки для деаэрации воды). При абсолютном давлении в системе Рабс ~0,9кг/см2, температура пара будет 96°С , что позволяет применить в системе металлопластиковые и полиэтиленовые трубы, не подвергающиеся коррозии.
Механический перекачивающий конденсатоотводчик (конденсатный насос), не потребляющий электрической энергии, периодически работающий вакуумный водокольцевой насос не участвующий в перекачке конденсата, так как подсистемы возврата конденсата и вакуумирования разделены, повышается энергоэффективность системы.
Способность конденсатного насоса в зависимости от давления рабочего газа (пара или сжатого воздуха) транспортировать конденсат на большую высоту позволяет разместить паровой котел как в подвальном помещении, так и в напольном и крышном вариантах, при том, что сам перекачивающий конденсатоотводчик должен быть расположен как минимум на 200 мм ниже центрального конденсатопровода.
Особенностью данной системы отопления является то, что система разделена на независимо работающие друг от друга подсистемы возврата конденсата с применением механического перекачивающего конденсатотводчика и бака сбора конденсата с поплавковым клапаном подачи балансировочного пара в бак с цикличной небольшой порционной подачей горячего конденсата в котел, такая подача не сбивает процесс стабильного кипения воды. Способность принудительного подъема конденсата перекачивающим конденсатотводчиком на большую высоту позволяет устройство теплового пункта в различных вариантах. Подсистема вакуумирования с автоматическим управлением создания различных значений разрежения позволяет производить качественное регулирование температурой в системе в достаточно широком диапазоне с глубиной вакуума от Рв=0,1кг/см" до Рв=0,7кг/см2, температурный перепад теплоносителя в этом диапазоне разрежения составляет 96°-68°С, что соответствует нормам санитарно-гигиенических требований.
Применение в подсистеме обогрева помещения схемы с верхним распределением пара, с попутным движением пара и конденсата устраняет шум при движении пара с высокой скоростью, при этом коэффициент теплопередачи системы намного увеличивается по сравнением с традиционными системами водяного и атмосферного парового систем отопления. Теплотехнический анализ работы промышленного образца показал, что к.п.д. данной вакуум-паровой системы отопления составляет 89%, а экономия энергоносителя 38%.
Система отопления проста в обслуживании, безопасна в эксплуатации и обеспечивает надежную бесперебойную работу теплоснабжения.

Claims

б Формула изобретения
1. Вакуум-паровая система отопления с передачей теплового потока вакуум-паровым способом, система, содержащая: паровой котел, верхний распределительный паропровод, вертикальные разводящие паропроводы, вертикальные конденсатопроводы, центральный конденсатопровод, подсистему пара, подсистему возврата конденсата, подсистему вакуумирования, подсистему обогрева помещений, отличающуюся тем, что вся внутренняя полость системы отвакуумирована, а величина разрежения регулируема.
2. Система по п.1 отличается тем, что паровой котел снабжен блоком автоматического регулирования и блокировки подачи энергоносителя, предохранительными клапанами, указателем уровня заправленного промежуточного теплоносителя в котел, мановакуумметром, регулятором давления «после себя», системой автоматического управления с электроконтактным манометром, вентилем снижения разрежения в системе; подсистема возврата конденсата снабжена механическим перекачивающим конденсатоотводчиком и баком сбора конденсата с поплавковым клапаном подачи пара для балансировки противодавления со стороны котла.
PCT/RU2017/000042 2016-02-24 2017-01-30 Вакуум-паровая система отопления WO2017146608A1 (ru)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/097,742 US11131465B2 (en) 2016-02-24 2017-01-30 Vacuum steam heating system
EA201891912A EA038929B1 (ru) 2016-02-24 2017-01-30 Вакуум-паровая система отопления
EP17756904.3A EP3339748B1 (de) 2016-02-24 2017-01-30 Vakuumdampfheizsystem
KR1020187027936A KR20180117667A (ko) 2016-02-24 2017-01-30 진공 증기 가열 시스템
CA3022680A CA3022680C (en) 2016-02-24 2017-01-30 Vacuum steam heating system

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016106130 2016-02-24
RU2016106130A RU2631555C2 (ru) 2016-02-24 2016-02-24 Вакуум-паровая система отопления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017146608A1 true WO2017146608A1 (ru) 2017-08-31

Family

ID=59481030

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2017/000042 WO2017146608A1 (ru) 2016-02-24 2017-01-30 Вакуум-паровая система отопления

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11131465B2 (ru)
EP (1) EP3339748B1 (ru)
KR (1) KR20180117667A (ru)
CN (1) CN106958847B (ru)
CA (1) CA3022680C (ru)
EA (1) EA038929B1 (ru)
RU (1) RU2631555C2 (ru)
WO (1) WO2017146608A1 (ru)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109965677B (zh) * 2017-12-28 2023-09-15 宁波方太厨具有限公司 一种带蒸功能的家用电器
RU2682237C1 (ru) * 2018-04-16 2019-03-15 Любовь Викторовна Хан Индивидуальный тепловой пункт субатмосферной системы отопления
WO2019245355A1 (ru) * 2018-06-19 2019-12-26 Виктор Константинович ХАН Автономная котельная установка субатмосферной системы отопления
CN111120991A (zh) * 2020-01-14 2020-05-08 广西壮族自治区特种设备检验研究院 一种工业锅炉冷凝水回流报警和联锁保护装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2016354C1 (ru) * 1991-06-03 1994-07-15 Калининградский технический институт рыбной промышленности и хозяйства Двухконтурная система парового отопления
RU2195608C1 (ru) * 2001-04-16 2002-12-27 Казанская государственная архитектурно-строительная академия Вакуум-паровая система
US8702013B2 (en) * 2010-02-18 2014-04-22 Igor Zhadanovsky Vapor vacuum heating systems and integration with condensing vacuum boilers
UA89954U (ru) * 2013-10-25 2014-05-12 Харьковский Национальный Университет Имени В.Н. Каразина Автономная паровакуумная система отопления с циклическим самосогласованным тепловым режимом

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1364139A (en) * 1921-01-04 Vacuum heating system
US1304106A (en) 1919-05-20 Method oe steam-heating
US708101A (en) * 1902-01-13 1902-09-02 James R Wade Vacuum steam-heating system.
US781767A (en) * 1903-07-03 1905-02-07 William P Collis Vacuum heating system.
US874112A (en) * 1906-07-31 1907-12-17 Cassius Carroll Peck Vacuum heating apparatus.
US874113A (en) * 1906-09-24 1907-12-17 Cassius Carroll Peck Vacuum heating system.
US1096941A (en) * 1907-09-13 1914-05-19 Warren Webster & Co Low-tension steam-heating system.
US1075490A (en) * 1908-03-02 1913-10-14 Warren Webster & Co Vacuum steam-heating system.
US929800A (en) * 1908-10-12 1909-08-03 Automatic Vacuum Pump Company Vacuum steam-heating system.
US927591A (en) * 1909-01-22 1909-07-13 Cassius Carroll Peck System of heating by aid of vacuum.
US1071214A (en) * 1912-02-02 1913-08-26 Morehead Mfg Company Vacuum steam-heating system.
US1548224A (en) * 1924-03-31 1925-08-04 William T Thomsen Vacuum heating system
US1910237A (en) * 1929-01-14 1933-05-23 Beaton & Cadwell Mfg Company Vacuum radiator valve
US1771077A (en) 1929-07-26 1930-07-22 C A Dunham Co Method of heating by steam
GB334035A (en) * 1929-08-07 1930-08-28 Irving Callender Jennings Improvements in vacuum steam heating systems
US1946676A (en) 1930-04-02 1934-02-13 Eaton Vincent Steam heating system
US1965708A (en) * 1933-09-05 1934-07-10 Ira E Mccabe Vapor vacuum heating system
US2186680A (en) * 1935-05-21 1940-01-09 Autocalor Sa Vacuum heating system
US2534826A (en) * 1946-12-31 1950-12-19 Ronald J Mckinnon Vacuum steam heating system and method of operating the same
US2898049A (en) * 1957-07-23 1959-08-04 Parkton Compound Boiler Co Inc Control for vacuum heating systems
US3377994A (en) * 1966-08-17 1968-04-16 Frederick H. Horne Steam generating system
BE756304A (fr) * 1969-10-29 1971-03-01 Vaillant Joh Kg Chauffe-eau fonctionnant selon le principe de l'evaporation sous vide. (
US4398663A (en) * 1981-06-05 1983-08-16 Tour & Andersson Aktiebolag Heating system with steam radiators
US5173155A (en) * 1990-09-28 1992-12-22 Tokyo Gas Co., Ltd Vacuum boiler type evaporator
CN2088213U (zh) 1991-02-22 1991-11-06 于兆范 串联分离式热管采暖系统
CN1032932C (zh) 1991-05-20 1996-10-02 于兆范 分离式热管采暖系统
US5189392A (en) * 1991-06-24 1993-02-23 Kass Carl E Heating system shut-off system using detector and existing safety switch or fuel valve
JP2002081606A (ja) 2000-08-31 2002-03-22 Miura Co Ltd ボイラの制御方法
US20110198406A1 (en) 2010-02-18 2011-08-18 Igor Zhadanovsky Vapor/vacuum heating system
US9027846B2 (en) 2012-09-18 2015-05-12 Igor Zhadanovsky Vacuum sustaining heating systems and methods
WO2016085829A1 (en) 2014-11-25 2016-06-02 Igor Zhadanovsky Vacuum sustaining heating systems and methods

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2016354C1 (ru) * 1991-06-03 1994-07-15 Калининградский технический институт рыбной промышленности и хозяйства Двухконтурная система парового отопления
RU2195608C1 (ru) * 2001-04-16 2002-12-27 Казанская государственная архитектурно-строительная академия Вакуум-паровая система
US8702013B2 (en) * 2010-02-18 2014-04-22 Igor Zhadanovsky Vapor vacuum heating systems and integration with condensing vacuum boilers
UA89954U (ru) * 2013-10-25 2014-05-12 Харьковский Национальный Университет Имени В.Н. Каразина Автономная паровакуумная система отопления с циклическим самосогласованным тепловым режимом

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3339748A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN106958847A (zh) 2017-07-18
US11131465B2 (en) 2021-09-28
KR20180117667A (ko) 2018-10-29
EA038929B1 (ru) 2021-11-10
EP3339748B1 (de) 2022-01-12
EP3339748A4 (de) 2018-10-31
CA3022680C (en) 2022-03-15
EA201891912A1 (ru) 2019-01-31
RU2631555C2 (ru) 2017-09-25
US20190154274A1 (en) 2019-05-23
RU2016106130A (ru) 2017-08-29
CA3022680A1 (en) 2017-08-31
CN106958847B (zh) 2020-07-24
EP3339748A1 (en) 2018-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3531029B1 (en) Subatmospheric heating and cooling system
WO2017146608A1 (ru) Вакуум-паровая система отопления
RU2592191C2 (ru) Вакуум-паровая система отопления
CN207277418U (zh) 一种新型分区智能供水系统及供水装置
RU2682237C1 (ru) Индивидуальный тепловой пункт субатмосферной системы отопления
CN103775329B (zh) 一种具备供热和纯凝双模式的给水泵密封水系统
RU53419U1 (ru) Установка вакуумная для осушки газопроводов
CN103765097A (zh) 节能型水泵以及所述水泵的控制系统
EA040064B1 (ru) Субатмосферная система отопления
US20200025394A1 (en) Subatmospheric heating system
EA040412B1 (ru) Индивидуальный тепловой пункт субатмосферной системы отопления
RU159093U1 (ru) Мобильная насосная установка
CN204128033U (zh) 分段水循环供暖装置及楼宇采暖装置
CN203949395U (zh) 可双排空的分仓盘管式承压太阳能热水器
CN203906248U (zh) 一种具备供热和纯凝双模式的给水泵密封水系统
CN209672070U (zh) 一种煤气管道凝结水排水器
CN203584481U (zh) 一种糖厂用汽轮机汽封的抽汽冷却系统
EA041549B1 (ru) Автономная котельная установка субатмосферной системы отопления
WO2019245355A1 (ru) Автономная котельная установка субатмосферной системы отопления
CN206249110U (zh) 一种高效溢流装置
CN104748418A (zh) 一种高承压式平板太阳能热水器
CN103983024A (zh) 可双排空的分仓盘管式承压太阳能热水器

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2017756904

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201891912

Country of ref document: EA

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20187027936

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 3022680

Country of ref document: CA