Способ транспортировки жидкости по трубопроводу и пароводяной комбайн для его реализации
Изобретение относится теплоэнергетике и, в частности, к системам транспортировки жидкостей и способам теплоснабжения потребителей. Цель заявляемого технического решения - расширение диапазона регулирования температуры транспортируемой жидкости и функциональных возможностей устройства. Поставленная цель достигается тем, что жидкость помешают в герметичный бачок, воздействуют на нее паром, получаемым в процессе кипячения жидкости, и с его помощью вытесняют жидкость из бачка, а затем пар конденсируют с образованием вакуума и с помощью образовавшегося вакуума всасывают в бачок очередную порцию жидкости, пар получают в кипятильной камере за пределами бачка и подают в бачок по трубе, соединяющей эту камеру с бачком, на определенный уровень, при этом температуру вытесняемой жидкости при перекачивании жидкости изменяют путем изменения этого уровня, а при отоплении - путем изменения соотношения объемов бачка и кипятильной камеры и определяют из соотношения: T=ΔV⋅T1/V2+V2⋅T2/ΔV, где T - температура вытесняемой жидкости, ΔV - разность объемов бачка и кипятильной камеры, Т1 - температура всасываемой в бачок жидкости, V2 - объем кипятильной камеры, Т2 - температура кипящей в кипятильной камере жидкости. Устройство для реализации этого способа содержит герметичный бачок с входным и выходным клапанами и кипятильную камеру, кипятильная камера выполнена в виде трубы, вертикально закрепленной под днищем бачка, при этом на нижнем торце трубы закреплен нагреватель, помещенный внутри этой трубы, и входной клапан, а верхний торец трубы размещен внутри бачка, и выходной клапан взаимодействует с донной частью бачка. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области теплоэнергетики и, в частности, к системам транспортировки жидкостей и способам теплоснабжения потребителей.
Известен способ нагрева жидкости с помощью электрического тока и последующей прокачки этой жидкости по трубопроводу, который реализуется с помощью электродного водонагревательного котла, содержащего закрытый сосуд с размещенным в нем электродом и два патрубка - входящий и выходящий (патент RU 2160411С2, МПК 7 F22B 1/30, 1998.07.28; RU 2189542 С2, МПК7 F24H 1/20, 2000.10.27).
Недостаток такого способа и устройства в том, что они не способны самостоятельно обеспечить циркуляцию жидкости в трубах и для их использования необходим дополнительный насос.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ, принятый за прототип, по которому жидкость помещают в герметичный котел с входным и выходным трубопроводами, нагревают до появления пара и этим паром вытесняют жидкость из котла через выходной трубопровод, а пар конденсируют с образованием вакуума и с помощью этого вакуума всасывают жидкость в котел через входной трубопровод. Способ реализуют с помощью водонагревательного насоса, содержащего герметичный бачок с входным и выходным патрубками и размещенный внутри него электрический нагреватель (патент LV №1150, МПК A47J 27/04, 1996-12-20).
Недостаток такого способа и устройства в том, что для транспортировки жидкости по этому способу необходимо доводить до кипения всю жидкость в котле, что приводит к дополнительным затратам энергии и повышенной относительно стандартных для отопления значений температуре воды, в результате чего к ней необходимо подмешивать холодную воду. Еще один недостаток такого способа и устройства в том, что они не позволяют одновременно с отоплением нагревать воду для бытовых нужд и дистиллировать жидкости. Т.е. известное техническое решение имеет ограниченные функциональные возможности.
Цель заявляемого технического решения - расширение диапазона регулирования температуры транспортируемой жидкости и функциональных возможностей устройства.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе транспортировки жидкости по трубопроводу, по которому жидкость помещают в герметичный бачок, воздействуют на нее паром, получаемым в процессе кипячения жидкости, и с его помощью вытесняют жидкость из бачка, а затем пар конденсируют с образованием вакуума и с помощью образовавшегося вакуума всасывают в бачок очередную порцию жидкости, пар получают в кипятильной камере за пределами бачка и подают в бачок по трубе, соединяющей эту камеру с бачком, на определенный уровень, при этом температуру вытесняемой жидкости при перекачивании жидкости изменяют путем изменения этого уровня, а при отоплении путем изменения соотношения объемов бачка и кипятильной камеры и определяют из соотношения:
Τ=ΔV⋅T1/V2+V2⋅Τ2/ΔV,
где Τ - температура вытесняемой жидкости, ΔV - разность объемов бачка и кипятильной камеры, Т1 - температура всасываемой в бачок жидкости,V2 - объем кипятильной камеры, Т2 - температура кипящей в кипятильной камере жидкости.
В известном устройстве для реализации этого способа, содержащем герметичный бачок с входным и выходным клапанами и кипятильную камеру, кипятильная камера выполнена в виде трубы, вертикально закрепленной под днищем бачка, при этом на нижнем торце трубы закреплен нагреватель, помещенный внутри этой трубы, и входной клапан, а верхний торец трубы размещен внутри бачка, выходной клапан взаимодействует с донной частью бачка, при этом он снабжен вторым входным клапаном, закрепленным на бачке, и подвижной втулкой, установленной соосно с вышеупомянутой трубой на верхнем ее торце с возможностью перемещения вдоль оси трубы, а кипятильная камера размещена внутри герметичной емкости, снабженной двумя штуцерами, размещенными в верхней и нижней ее частях.
На фиг. 1 представлена схема пароводяного комбайна для реализации заявляемого способа.
Пароводяной комбайн состоит из электрического нагревателя 1, закрепленного в кипятильной камере 2, выполненной в виде трубы, снабженной входным патрубком 3 и размещенной внутри герметичной емкости 4. Верхний торец кипятильной камеры 2 размещен в бачке 5, снабженном выходным патрубком 6 и обратным клапаном 7 с краном 8. В верхней части бачка 5 установлен патрубок 9 с предохранительным клапаном. В бачке 5 установлены датчики уровня 10 и 11, которые выключают нагреватель 1, когда жидкость уйдет из бачка 5, и включают нагреватель 1, когда жидкость заполнит бачок 5. Управление датчиками уровня 10, 11, а также нагревателем 1 осуществляется от блока автоматического управления 12. Герметичная емкость 4 имеет два штуцера - нижний 13, через который внутрь этой емкости входит холодная вода, и верхний 14, откуда выходит вода нагретая, предназначенная для бытовых нужд. Входной клапан 15 в режиме отопления устанавливается на входной патрубок 3, а в режиме перекачивающего насоса - на патрубок 9. Для изменения температуры вытесняемой из бачка 5 жидкости на верхнем торце кипятильной камеры 2 соосно с ней закреплена втулка 16, которая может перемещаться вдоль кипятильной камеры 2 и изменять по высоте место выхода пара, в результате чего изменять толщину слоя жидкости, нагреваемой паром, и плавно изменять температуру вытесняемой жидкости.
Работает насос следующим образом. При отоплении. Кипятильная камера 2 и бачок 5 заполняют жидкостью-теплоносителем. Патрубки 3 и 6 соединяют с отопительной системой. Включают нагреватель 1 и жидкость в кипятильной камере 2 доводят до кипения. Пар по трубе кипятильной камеры 2 поднимается вверх в бачок 5 и сжимается там по мере увеличения его количества, увеличивая давление в системе. Когда давление станет достаточным для преодоления гидравлического сопротивления системы, пар вытесняет жидкость из бачка 5 через патрубок 6, которая открывает выходной клапан 7, запирает входной клапан 15 и через кран 8 поступает в подающую линию отопительной системы. Когда вся жидкость будет вытеснена, сработает датчик уровня 10 и нагреватель 1 выключится. Оставшийся в бачке 5 пар сконденсируется, образуется вакуум и под действием этого вакуума входной клапан 15 откроется, а выходной 7 закроется. Жидкость из обратной линии поступает в кипятильную камеру 2, вытесняя оттуда горячую жидкость в бачок 5. Поскольку емкость кипятильной камеры 2 меньше, чем емкость бачка 5. то после вытеснения горячей жидкости в бачок 5 поступит и определенная часть холодной жидкости. Смешавшись, они понизят температуру жидкости в бачке, величина которой будет зависеть от соотношения объемов бачка 5 и кипятильной камеры 2. После этого сработает датчик уровня 11 и нагреватель 1 включится, жидкость закипит и пар, поступающий в бачок 5, вытеснит эту жидкость в подающую линию системы. Далее цикл повторяется.
При перекачивании жидкости в режиме насоса. Входной клапан 15 с помощью тройника крепят на патрубке 9. Патрубок 3 закрывают с помощью имеющегося на нем крана. Заполняют жидкостью бачок 5 и кипятильную камеру 2. Включают нагреватель 1. Вода закипает и пар вытесняет жидкость из бачка 5 через выходной клапан 7. Датчики 10, 11 срабатывают так же, как и при отоплении. При конденсации пара жидкость из кипятильной камеры не выходит, а бачок 5 заполняется через патрубок 9 только холодной водой и при полном заполнении нагреватель 1 снова включается. Так как горячая жидкость осталась в кипятильной камере, то при включении нагревателя 1 она мгновенно вскипает и цикл вытеснения занимает несколько секунд, что значительно сокращает расход электроэнергии и резко увеличивает производительность насоса. Поскольку горячая жидкость из кипятильной камеры 2 в бачок 5 не поступает, а пар попадает в верхние слои жидкости под крышку бачка 5, то нагревается лишь незначительный слой жидкости в верхней ее части. Для повышения температуры перекачиваемой жидкости подвижную втулку 16 опускают вниз. Тогда пар из кипятильной камеры 2 проходит через толщу жидкости, конденсируется в ней, нагревает эту жидкость и затем она вытесняется, имея повышенную температуру.
При проточном нагреве воды. Патрубок 3 соединяют с водопроводом, патрубок 9 открывают и через него осуществляют отбор нагретой воды. Температуру нагрева регулируют путем изменения количества подаваемой в штуцер 3 воды.
При использовании к качестве парогенератора. Кран 8 закрывают, а на штуцер 9 одевают гибкий шланг с соплом (па чертеже не показаны) и кипятильную камеру 2 заполняют водой. Включают нагреватель и пар заполняет бачок 5, который становится паровой камерой, и далее по шлангу через сопло подаются к месту использования - чистка поверхностей, мойка полов двигателей в автомобилях и в другие места.
При использовании в качестве бойлера. Штуцер 13 герметичной емкости 4 соединяют с водопроводом, емкость заполняют водой и штуцер 14 закрывают. В процессе работы нагревателя 1 в режиме отопления или перекачивания вода в емкости 4 нагревается от трубы кипятильной камеры 2. При открывании штуцера 14 вода из водопровода через штуцер 13 входит в емкость 4 и вытесняет горячую воду через штуцер 14.
При использовании в качестве дистиллятора. Емкость 4 заполняют продуктом перегонки - спиртосодержащей жидкостью, а штуцер 14 соединяют с конденсатором. В процессе отопления или перекачки спиртосодержащая жидкость нагревается от трубы кипятильной камеры 2, спирт испаряется и в виде паров выходит через штуцер 14 и конденсируется.
Проводились испытания заявляемого способа и устройства, которые полностью подтвердили достижение поставленной цели.
В процессе испытаний использовали воду и изменяли ее температуру на выходе из бачка 5 от 50 до 70 градусов при отоплении, что соответствовало расчетному соотношению объемов бачка 5 и кипятильной камеры 2. При перекачивании воды температуру изменяли от 20 до 50 градусов путем перемещения подвижной втулки 16. Одновременно с перекачиванием и отоплением нагревалась вода в емкости 4 до температуры 80 градусов.
При проточном нагреве жидкость подавали в кипятильную камеру 2 через патрубок 3, а забирали из патрубка 9. При мощности 5 кВт и температуре 50 градусов производительность составила 2,6 литра в минуту.
По сравнению с прототипом заявляемое техническое решение имеет следующие преимущества.
- позволяет задавать нужную температуру жидкости при отоплении и регулировать температуру прокачиваемой жидкости в нужном диапазоне при ее перекачивании,
- сокращает время нагрева и расход электроэнергии на транспортировку воды, поскольку транспортируемая вода нагревается до меньшей температуры, а кипение благодаря тому, что кипяток не вытесняется из кипятильной камеры, начинается сразу после включения нагревателя,
- позволяет на одном устройстве выполнять различные технологические операции: отапливать помещения, работать в режиме бойлера, работать в режиме проточного нагревателя, вырабатывать пар для технических и бытовых нужд, дистиллировать спиртосодержащие жидкости.
Таким образом, испытания подтвердили достижение поставленной цели.
1. Способ транспортировки жидкости по трубопроводу, по которому жидкость помещают в герметичный бачок, воздействуют на нее паром, получаемым в процессе кипячения жидкости, и с его помощью вытесняют жидкость из бачка, а затем пар конденсируют с образованием вакуума и с помощью образовавшегося вакуума всасывают в бачок очередную порцию жидкости, отличающийся тем, что с целью расширения диапазона регулирования температуры транспортируемой жидкости и функциональных возможностей устройства пар получают в кипятильной камере за пределами бачка и подают в бачок по трубе, соединяющей эту камеру с бачком, на определенный уровень, при этом температуру вытесняемой жидкости при перекачивании жидкости изменяют путем изменения этого уровня, а при отоплении путем изменения соотношения объемов бачка и кипятильной камеры и определяют из соотношения:
Т=ΔV⋅T1/V2+V2⋅T2/ΔV,
где Т - температура вытесняемой жидкости, ΔV - разность объемов бачка и кипятильной камеры, Т1 - температура всасываемой в бачок жидкости, V2 - объем кипятильной камеры, Т2 - температура кипящей в кипятильной камере жидкости.
2. Пароводяной комбайн для реализации способа по п. 1, содержащий герметичный бачок с входным и выходным клапанами и кипятильную камеру, отличающийся тем, что кипятильная камера выполнена в виде трубы, вертикально закрепленной под днищем бачка, при этом на нижнем торце трубы закреплен нагреватель, помещенный внутри этой трубы, и входной клапан, а верхний торец трубы размещен внутри бачка, и выходной клапан взаимодействует с домной частью бачка.
3. Пароводяной комбайн по п. 2, отличающийся тем, что он снабжен вторым входным клапаном, закрепленным на бачке, и подвижной втулкой, установленной соосно с вышеупомянутой трубой на верхнем ее торце с возможностью перемещения вдоль оси трубы.
4. Пароводяной комбайн по п. 2, отличающийся тем, что кипятильная камера размещена внутри герметичной емкости, снабженной двумя штуцерами, размещенными в верхней и нижней ее частях.
