Автономная система отопления для здания индивидуального пользования

 

Устройство предназначено для использования в качестве системы отопления здания индивидуального пользования (коттедж) и в аппаратах нагрева различного назначения. Автономная система отопления содержит замкнутый гидравлический контур с газовой подушкой, насосом, соединенным с теплогенератором гидродинамического кавитационного типа через напорный патрубок с регулятором расхода жидкости, и теплообменники. При этом теплогенератор выполнен в виде герметичной емкости, расположенной в верхней части гидравлического контура и заполненной жидкостью выше трех четвертей своей высоты с образованием упомянутой газовой подушки в верхней части. Кавитационное устройство выполнено в виде, по меньшей мере, одной струйной форсунки и одного лопастного турбинного колеса, погруженных в жидкость емкости. Форсунка подключена к регулятору расхода жидкости, а лопастное турбинное колесо расположено напротив форсунки и соединено с потребителем энергии. Такая конструкция системы отопления позволяет осуществить экономичный обогрев здания, при этом возможно осуществить процесс отопления без использования невозобновляемых источников энергии и без подключения к централизованной электросети. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано как в системах отопления, так и в аппаратах обогрева различного назначения.

Известно устройство для нагрева жидкости, содержащее теплогенератор с ускорителем жидкости, теплообменник, насос с электроприводом, соединенным с теплогенератором через напорный патрубок, и регулятор, установленный на трубопроводе, связывающем теплогенератор с теплообменником. В состав теплогенератора входят, по меньшей мере, один дополнительный ускоритель жидкости, пространственная распределительная система, в параллельных каналах которой установлены ускорители жидкости, выполненные с различной степенью уменьшения проходного сечения, и плоская решетка, установленная за распределительной системой вниз по потоку жидкости. При этом внутренняя полость теплогенератора перед решеткой сообщена с расширительной емкостью (см. патент Российской Федерации N 2132025 C1, МПК 7 F 24 D 15/02, 20.06.1999).

Данное устройство позволяет добиться повышения температуры за счет возникновения в системе отопления процесса кавитации, однако имеет сложную конструкцию и требует постоянного подвода электрической энергии от централизованной электросети.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является способ тепловыделения в жидкости и устройство для его осуществления, содержащее насос с электрическим двигателем, гидравлический контур, на котором последовательно установлена расширительная емкость с поршнем, снабженным устройством для его перемещения, заправочный штуцер и кавитатор центробежного типа (например, многоканальная центробежная форсунка). После кавитатора в гидравлический контур вмонтирован теплообменник для передачи тепла потребителю. Гидравлический контур снабжен также дросселем, датчиками температуры и давления. Расширительная емкость, в свою очередь, содержит дренажный клапан (см. патент Российской Федерации N 2061195 C1, МПК 7 F 24 J 3/00, 27.05.1996).

В замкнутом контуре с жидкостью газовые включения могут образоваться только при наличии в контуре объема, свободного от жидкости. Увеличение общего объема газовых включений и градиента изменения скорости жидкости осуществляют путем организации вихревого течения жидкости. В этом случае пузыри образуются преимущественно в толще жидкости, что обеспечивает сохранность стенок гидравлического контура и, соответственно, повышает надежность работы и увеличивает долговечность. Данное изобретение позволяет обеспечить процесс тепловыделения за счет достижения автоколебательного кавитационного режима. Однако добиться оптимального управления этим процессом довольно сложно и, как указывает сам заявитель, для успешной реализации требуется помощь ЭВМ, а также требуется постоянный подвод электрической энергии от централизованной электросети.

Предложенное изобретение иллюстрируется графическим материалом, где на фиг. 1 представлен общий вид автономной системы отопления, а на фиг. 2 - вид сверху на кавитационное устройство.

Автономная система отопления содержит замкнутый гидравлический контур 1 с газовой подушкой 2, насосом 3, соединенным с теплогенератором гидродинамического кавитационного типа через напорный патрубок 4 с регулятором 5 расхода жидкости, и теплообменники 6 и 7, при этом теплогенератор выполнен в виде герметичной емкости 8, расположенной в верхней части гидравлического контура 1 и заполненной жидкостью выше трех четвертей своей высоты с образованием упомянутой газовой подушки 2 в верхней части. Причем кавитационное устройство выполнено в виде, по меньшей мере, одной струйной форсунки 9 и одного лопастного турбинного колеса 10, погруженных в жидкость емкости 8, форсунка 9 подключена к регулятору 5 расхода жидкости, а лопастное турбинное колесо 10 расположено напротив форсунки 9 и соединено с потребителем энергии 11. В качестве привода насоса 3 могут быть использованы электродвигатель 12 и/или ветряк 13, и/или дизель (на фиг. 1 не показан), соединенные с насосом 3 посредством муфт 14. Электродвигатель 12 привода насоса 3 может быть выполнен в виде обратимой электрической машины, подключенной к аккумуляторной батарее 15.

Последний по потоку жидкости теплообменник 7 может быть размещен в колодце 16 с грунтовой водой, расположенном в подвале здания или снаружи. При этом перед теплообменником 7 может быть установлен перепускной кран 17 для подачи рабочей жидкости по дополнительному трубопроводу 18 в насос 3, минуя теплообменник 7. Колодец 16 может быть снабжен трубопроводом 19 для забора грунтовой воды через фильтр 20, причем в качестве насоса, используемого для ее подъема, может быть использован, например, упомянутый потребитель 11. Кроме того, емкость 8 снабжается датчиком температуры, заправочным штуцером, дренажным клапаном и водомерной трубкой (на фиг. 1 не показаны).

Работа системы отопления осуществляется следующим образом.

Замкнутый контур 1 через заправочный штуцер емкости 8 заполняется рабочей жидкостью, например водой. Емкость 8, расположенная в верхней части контура 1, заполняется жидкостью выше трех четвертей своей высоты. При этом струйная форсунка 9 и лопастное турбинное колесо 10 должны быть погружены под уровень воды емкости 8, а в верхней части емкости 8 должна быть образована газовая подушка 2, необходимая для насыщения воды воздухом и обеспечения протекания кавитационного процесса.

При включении в работу насоса 3 вода начинает циркулировать по замкнутому контуру 1, при этом с помощью регулятора 5 расхода жидкости добиваются возникновения процесса кавитации в емкости 8, об интенсивности которого судят по показанию датчика температуры. Для увеличения мощности системы отопления может быть установлено несколько струйных форсунок 9 и расположенных напротив них лопастных турбинных колес 10, закрепленных на одном валу отбора мощности со сдвигом лопастей каждого колеса относительно друг друга, при этом вал отбора мощности соединяют с потребителем энергии 11, в качестве которого может быть использован электрогенератор, насос или другой механизм, требующий привода.

Полученное тепло с помощью теплообменников 6 и 7 может быть использовано как для обогрева самого здания, так и для нагрева грунтовой воды в колодце 16, которая с помощью, например, насоса (потребителя энергии 11), трубопровода 19 и фильтра 20 может быть использована для хозяйственных нужд. При отсутствии необходимости в воде из колодца 16 с помощью перепускного крана 17 и трубопровода 18 можно осуществить циркуляцию воды, минуя последний по потоку теплообменник 7.

Привод насоса 3 ориентируется в большей степени на использование энергии ветра, которая с помощью ветряного двигателя (ветряка 13) может приводить с помощью муфт 14 как непосредственно насос 3, так и обратимую электрическую машину 12, работающую при этом в генераторном режиме и питающую аккумуляторную батарею 15, энергия которой может быть использована той же электрической машиной 12, работающей в двигательном режиме и приводящей насос 3 при отсутствии ветра. Однако насос 3 может работать в аварийных случаях от дизеля и от централизованной электрической сети.

Формула изобретения

1. Автономная система отопления, содержащая замкнутый гидравлический контур с газовой подушкой, насосом, соединенным с теплогенератором гидродинамического кавитационного типа через напорный патрубок с регулятором расхода жидкости, и теплообменники, при этом теплогенератор выполнен в виде герметичной емкости, расположенной в верхней части гидравлического контура и заполненной жидкостью выше трех четвертей своей высоты с образованием упомянутой газовой подушки в верхней части, причем кавитационное устройство выполнено в виде, по меньшей мере, одной струйной форсунки и одного лопастного турбинного колеса, погруженных в жидкость емкости, форсунка подключена к регулятору расхода жидкости, а лопастное турбинное колесо расположено напротив форсунки и соединено с потребителем энергии.

2. Система отопления по п.1, отличающаяся тем, что в качестве привода насоса использованы электродвигатель, и/или ветряк, и/или дизель, соединенные с насосом посредством муфт.

3. Система отопления по п.2, отличающаяся тем, что электродвигатель привода насоса выполнен в виде обратимой электрической машины и подключен к аккумуляторной батарее.

4. Система отопления по п.1 или 2, или 3, отличающаяся тем, что последний по потоку жидкости теплообменник размещен в колодце с грунтовой водой, расположенном в подвале здания или снаружи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2