RU2360184C1

RU2360184C1 - Heating system

Info

Publication number: RU2360184C1
Application number: RU2008103147/03A
Authority: RU
Inventors: Сергей Анатольевич Ермаков (RU); Сергей Анатольевич Ермаков
Original assignee: Сергей Анатольевич Ермаков
Priority date: 2008-01-28
Filing date: 2008-01-28
Publication date: 2009-06-27

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: heating system consists of closed heat transfer circuit filled with working agent in kind of fluid and its steams; it includes evaporator within heat flow conjugated with source of heat energy, it also contains heat supplying duct, condensing heating appliances and reverse heat duct. The circuit contains a fluid separator, compressor and ejector. The diffuser of the ejector is connected with the evaporator by means of a pipeline; the receiving chamber of the ejector is connected with liquid zone of fluid separator via the pipeline, the suction branch of the compressor is connected to the steam zone of the liquid separator through the pipeline, and the pressure branch of the compressor is connected with the working nozzle of the ejector by means of the pipeline.

EFFECT: reduced amount of working agent in system due to low density of steam of working agent in system and due to efficient return of condensed drops of working agent from heating appliances to evaporator by means of circulating steam-gas flow.

5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области отопительной техники и может быть использовано для отопления жилых и производственных помещений, обогрева открытых площадок, лестниц, тротуаров и пандусов в холодное время года.The invention relates to the field of heating equipment and can be used for heating residential and industrial premises, heating outdoor areas, stairs, sidewalks and ramps in the cold season.

Известна система отопления, содержащая замкнутый теплопередающий контур, заполненный рабочим телом в виде жидкости и ее паров, включающий в себя испаритель, сопряженный по тепловому потоку с источником тепловой энергии, подающий теплопровод, конденсационные отопительные приборы, конденсационные горшки, обратный теплопровод и конденсационный насос.A known heating system comprising a closed heat transfer circuit filled with a working fluid in the form of a liquid and its vapors, including an evaporator coupled through a heat stream to a heat source, supplying heat pipe, condensation heaters, condensation pots, a heat return pipe and a condensation pump.

Работа системы осуществляется следующим образом. Насос подает жидкость в испаритель (теплообменник или котел), в котором за счет тепловой энергии, поступающей от первичного теплоносителя или топлива, жидкость испаряется. Образовавшиеся пары под действием разности давлений перемещаются по подающему теплопроводу в конденсационные отопительные приборы, в которых происходит конденсация паров с передачей теплоты конденсации через стенки отопительного прибора обогреваемому помещению. Сконденсированная жидкость из отопительных приборов под действием перепада давлений отводится через конденсационные горшки в обратный теплопровод и конденсационным насосом возвращается в испаритель.The system is as follows. The pump delivers the liquid to the evaporator (heat exchanger or boiler), in which the liquid evaporates due to the heat energy from the primary coolant or fuel. Under the influence of the pressure difference, the formed vapors are transferred through the supply heat conduit to condensation heaters, in which the condensation of vapors takes place with the transfer of condensation heat through the walls of the heater to the heated room. Condensed liquid from heating devices under the influence of a differential pressure is discharged through condensation pots to the return heat pipe and is returned to the evaporator by the condensation pump.

Недостатком известной системы отопления является то, что при использовании в качестве рабочего тела воды и ее паров температура отопительных приборов чрезмерно высока, а при использовании в качестве рабочего тела легкокипящих жидкостей или легкосжижающихся газов высок риск попадания значительных количеств вредных или горючих рабочих веществ в отапливаемое помещение при аварийных ситуациях, связанный со значительным количеством рабочего тела в рабочем контуре системы отопления.A disadvantage of the known heating system is that when using water and its vapors as a working fluid, the temperature of the heating devices is excessively high, and when using low-boiling liquids or easily liquefying gases as a working fluid, there is a high risk of significant quantities of harmful or combustible working substances entering the heated room emergency situations associated with a significant amount of working fluid in the working circuit of the heating system.

Известна система вакуум-парового отопления с водой и ее парами в качестве рабочего тела, в теплопередающем контуре которой поддерживается разрежение посредством вакуумного насоса. Данная система позволяет путем снижения рабочего давления паров воды ниже атмосферного давления снизить рабочую температуру отопительных приборов до необходимых параметров. Недостатком данной системы является необходимость применения дорогостоящего вакуумного насоса и плохая работа конденсационных горшков, связанная с малым перепадом давлений между конденсационными отопительными приборами и обратным теплопроводом (Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление: Учеб. Для вузов. - М.: Стройиздат, 1991, с.16, 384-404).A known system of vacuum-steam heating with water and its vapors as a working fluid, in the heat transfer circuit of which vacuum is maintained by means of a vacuum pump. This system allows by lowering the working pressure of water vapor below atmospheric pressure to reduce the operating temperature of heating devices to the required parameters. The disadvantage of this system is the need to use an expensive vacuum pump and the poor operation of condensation pots associated with a small pressure drop between condensation heating devices and reverse heat conduction (Bogoslovsky V.N., Skanavi A.N. Heating: Textbook for universities. - M .: Stroyizdat, 1991, p. 16, 384-404).

Настоящее изобретение направлено на устранение этих недостатков и решает техническую задачу обеспечения работы системы отопления при малом количестве рабочего тела в системе.The present invention aims to eliminate these disadvantages and solves the technical problem of ensuring the operation of the heating system with a small amount of working fluid in the system.

Для решения поставленной технической задачи система отопления содержит замкнутый теплопередающий контур, заполненный рабочим телом в виде жидкости и ее паров, включающий в себя испаритель, сопряженный по тепловому потоку с источником тепловой энергии, подающий теплопровод, конденсационные отопительные приборы, обратный теплопровод, отделитель жидкости, компрессор и эжектор, в котором диффузор эжектора соединен трубопроводом с испарителем, приемная камера эжектора соединена трубопроводом с жидкостной зоной отделителя жидкости, всасывающий патрубок компрессора соединен трубопроводом с паровой зоной отделителя жидкости, нагнетательный патрубок компрессора соединен трубопроводом с рабочим соплом эжектора.To solve the technical problem, the heating system contains a closed heat transfer circuit filled with a working fluid in the form of a liquid and its vapors, including an evaporator coupled to a heat source through a heat flux, a supply heat pipe, condensation heating devices, a return heat pipe, a liquid separator, a compressor and an ejector, in which the ejector diffuser is connected by a pipe to the evaporator, the receiving chamber of the ejector is connected by a pipe to the liquid zone of the liquid separator, suction vayuschy compressor discharge duct connected with the steam zone of the fluid separator, the compressor discharge pipe connected to a conduit for a working nozzle ejector.

На трубопроводе, соединяющем нагнетательный патрубок компрессора с рабочим соплом эжектора, предпочтительно установлен воздухоотделитель.On the pipeline connecting the discharge pipe of the compressor with the working nozzle of the ejector, preferably an air separator is installed.

Воздухоотделитель содержит конденсатор и предпочтительно испаритель и предохранительный клапан.The air separator comprises a condenser and preferably an evaporator and safety valve.

В качестве рабочего тела применена легкокипящая жидкость, например вода, этиловый спирт, гексан, пентан и т.п., либо легкосжижающийся газ, например хладон, аммиак, бутан и т.п.As the working fluid, a boiling liquid, for example water, ethyl alcohol, hexane, pentane, etc., or a liquefied gas, such as freon, ammonia, butane, etc., are used.

В качестве источника тепловой энергии применен котел, тепловой насос, первичный теплоноситель из тепловой сети и т.п.A boiler, a heat pump, a primary heat carrier from a heat network, etc., are used as a source of thermal energy.

Отделитель жидкости предпочтительно содержит нагревательное устройство.The liquid separator preferably comprises a heating device.

Использование заявленного изобретения позволит получить следующий технический результат.Using the claimed invention will allow to obtain the following technical result.

Система отопления позволит снизить количество рабочего тела в теплопередающем контуре системы за счет низкой плотности паров рабочего тела в системе и оперативного возврата сконденсировавшихся капель рабочего тела из отопительных приборов в испаритель при помощи циркулирующего парогазового потока.The heating system will reduce the amount of working fluid in the heat transfer circuit of the system due to the low vapor density of the working fluid in the system and the prompt return of condensed droplets of the working fluid from the heating devices to the evaporator using a circulating gas-vapor flow.

Применение компрессора в связке с эжектором позволит обеспечить перемещение как парообразного, так и жидкого рабочего тела по теплопередающему контуру системы.The use of a compressor in conjunction with an ejector will allow for the movement of both vaporous and liquid working fluid along the heat transfer circuit of the system.

Обеспечивающий циркуляцию парогазового потока компрессор позволит поддерживать разрежение в системе отопления и своевременно удалять из нее просочившийся через неплотности системы воздух без применения специализированного вакуумного насоса. Разрежение в системе отопления позволит снизить температуру отопительных приборов при использовании в качестве рабочего тела воды и ее паров. Поддержание постоянного разрежения в системе отопления с другими рабочими телами позволит исключить попадание вредных или горючих рабочих тел в отапливаемое помещение при штатной работе системы или при аварийных ситуациях.The compressor providing circulation of the gas-vapor flow will allow maintaining a vacuum in the heating system and timely removing air leaked through the system leaks without the use of a specialized vacuum pump. Depression in the heating system will reduce the temperature of the heating devices when using water and its vapors as a working fluid. Maintaining a constant vacuum in the heating system with other working fluids will prevent harmful or combustible working fluids from entering the heated room during normal operation of the system or in emergency situations.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 показан вариант системы отопления с воздухоотделителем; на фиг.2 показан вариант конструкции воздухоотделителя.The invention is illustrated in the drawing, where figure 1 shows a variant of a heating system with an air separator; figure 2 shows a design variant of the air separator.

Конструкция системы отопления содержит испаритель 1, подающий теплопровод 2, конденсационный отопительный прибор 3, обратный теплопровод 4, отделитель жидкости 5, подогреватель 6, компрессор 7, трубопроводы 8 и 9, воздухоотделитель 10, эжектор 11, предохранительный клапан 12, сосуд 13, клапан 14, выпускную трубу 15. Из выпускной трубы в атмосферу сбрасывается воздух 16, в испаритель 1 из тепловой сети подают первичный теплоноситель 17. Конструкция воздухоотделителя содержит конденсационную колонну 18, испарительный трубопровод 19 с дроссельным отверстием 20, подающий трубопровод 21 и выпускные трубопроводы 22 и 23.The design of the heating system includes an evaporator 1, a supply heat pipe 2, a condensation heater 3, a return heat pipe 4, a liquid separator 5, a heater 6, a compressor 7, pipelines 8 and 9, an air separator 10, an ejector 11, a safety valve 12, a vessel 13, a valve 14 , exhaust pipe 15. Air 16 is discharged from the exhaust pipe to the atmosphere, primary coolant 17 is supplied to the evaporator 1 from the heating network 17. The design of the air separator comprises a condensation column 18, an evaporation pipe 19 with a throttle aperture m 20, supply conduit 21 and discharge pipes 22 and 23.

Работа системы отопления осуществлена следующим образом. Парогазожидкостная смесь из диффузора эжектора 11 поступает в испаритель 1, в котором под действием теплоты первичного теплоносителя 17 жидкость испаряется. Парогазовая смесь по подающему теплопроводу 2 поступает в конденсационный отопительный прибор 3, в котором пары рабочего тела частично конденсируются, отдавая теплоту конденсации через стенки отопительного прибора обогреваемому помещению. Парогазожидкостная смесь из отопительного прибора 3 по обратному теплопроводу 4 поступает в отделитель жидкости 5, в котором разделяется на жидкостную и парогазовую составляющие. Жидкостная составляющая из нижней части отделителя жидкости 5 по трубопроводу 8 подсасывается в приемную камеру эжектора 11 и вновь поступает в испаритель 1. Парогазовая составляющая из верхней части отделителя жидкости 5 отсасывается компрессором 7, сжимается и по трубопроводу 9 подается либо непосредственно в рабочее сопло эжектора 11, либо в воздухоотделитель 10.The operation of the heating system is as follows. The vapor-liquid mixture from the diffuser of the ejector 11 enters the evaporator 1, in which the liquid evaporates under the action of the heat of the primary coolant 17. The gas-vapor mixture is supplied through a supply heat conduit 2 to a condensation heating device 3, in which the vapor of the working fluid partially condenses, giving off the condensation heat through the walls of the heating device to the heated room. The vapor-liquid mixture from the heater 3 through the return heat pipe 4 enters the liquid separator 5, in which it is divided into liquid and vapor-gas components. The liquid component from the lower part of the liquid separator 5 is sucked through the pipe 8 to the receiving chamber of the ejector 11 and again enters the evaporator 1. The gas-vapor component from the upper part of the liquid separator 5 is sucked off by the compressor 7, compressed and fed through the pipe 9 either directly to the working nozzle of the ejector 11, or into the air trap 10.

Работа воздухоотделителя осуществлена следующим образом. Парогазовая смесь, попадающая по подающему трубопроводу 21 в среднюю часть конденсационной колонны 18, разделяется на два потока. Один поток направляется в нижнюю часть колонны, через дроссельное отверстие 20 поступает в испарительный трубопровод 19 и через выпускной трубопровод 22 поступает в рабочее сопло эжектора 11. Проходя через дроссельное отверстие 20, парогазовый поток захватывает с собой часть жидкого рабочего тела, находящегося в нижней части конденсационной колонны 18. Захваченное жидкое рабочее тело, проходя по испарительному трубопроводу 19, под действием поступающей через стенки трубопровода 19 теплоты частично или полностью испаряется, увеличивая объем поступающей в выпускной трубопровод 22 парогазовой смеси. Испарение жидкого рабочего тела в испарительном трубопроводе 19 обеспечивается разностью давлений паров рабочего тела внутри конденсационной колонны 18 и испарительного трубопровода 19.The work of the air separator is as follows. The gas-vapor mixture falling through the supply pipe 21 into the middle part of the condensation column 18 is divided into two streams. One stream is directed to the bottom of the column, through the throttle opening 20 enters the evaporation pipe 19 and through the exhaust pipe 22 enters the working nozzle of the ejector 11. Passing through the throttle opening 20, the gas-vapor stream captures with it a part of the liquid working fluid located in the lower part of the condensation columns 18. The trapped liquid working fluid, passing through the evaporation pipe 19, partially or completely evaporates under the influence of heat supplied through the walls of the pipe 19, increasing the volume of flowing into the exhaust pipe 22, the gas-vapor mixture. The evaporation of the liquid working fluid in the evaporation pipe 19 is provided by the vapor pressure difference of the working fluid inside the condensation column 18 and the evaporation pipe 19.

Второй поток парогазовой смеси направляется в верхнюю часть конденсационной колонны 18. Проходя по колонне, паровая составляющая парогазовой смеси конденсируется на наружных стенках колонны 18 и испарительного трубопровода 19. Сконденсированное жидкое рабочее тело под действием силы тяжести стекает в нижнюю часть колонны, а охлажденная парогазовая смесь с пониженным содержанием пара и с повышенным содержанием газовой составляющей (воздуха) накапливается в верхней части конденсационной колонны 18, в которой либо удерживается весь период работы системы (в случае ее полной герметичности), либо периодически удаляется по выпускному трубопроводу 23 (в случае подсоса воздуха через неплотности системы).The second vapor-gas mixture flow is directed to the upper part of the condensation column 18. Passing through the column, the vapor component of the gas-vapor mixture condenses on the outer walls of the column 18 and the evaporation pipeline 19. The condensed liquid working fluid flows to the bottom of the column under the action of gravity, and the cooled vapor-gas mixture with low vapor content and high gas component (air) accumulates in the upper part of the condensation column 18, in which either the whole period is held the operation of the system (in case of its complete tightness), or is periodically removed through the exhaust pipe 23 (in case of air leaks through the system leaks).

Удаление газов (воздуха) из верхней части воздухоотделителя 10 осуществляется при помощи предохранительного клапана 12, срабатывающего при повышении давления в конденсационной колонне воздухоотделителя. Парогазовая смесь с низким содержанием паров из воздухоотделителя 10 поступает в сосуд 13, на холодных стенках которого осуществляется конденсация остаточных паров рабочего тела. Очищенные от остатков рабочего тела газы 16 по выпускной трубе 15 сбрасываются в атмосферу.The removal of gases (air) from the upper part of the air separator 10 is carried out by means of a safety valve 12, which operates when the pressure in the condensation column of the air separator increases. The vapor-gas mixture with a low vapor content from the air separator 10 enters the vessel 13, on the cold walls of which the residual vapor of the working fluid is condensed. The gases 16 purified from the remnants of the working fluid through the exhaust pipe 15 are discharged into the atmosphere.

При снижении содержания циркулирующего рабочего тела в рабочем контуре системы ниже определенного порога открывают клапан 14 и осуществляют дозированную заправку системы рабочим телом под действием разности давлений между сосудом 13 и отделителем жидкости 5.When the content of the circulating working fluid in the working circuit of the system is reduced below a certain threshold, the valve 14 is opened and the system is metered by the working fluid under the action of the pressure difference between the vessel 13 and the liquid separator 5.

Для обеспечения работоспособности системы отопления в пусковой период предусмотрен нагреватель 6, посредством которого вырабатывают недостающие пары рабочего тела, необходимые для нормальной работы эжектора 11.To ensure the operability of the heating system in the starting period, a heater 6 is provided, by means of which the missing pairs of the working fluid are produced, which are necessary for the normal operation of the ejector 11.

Claims

1. Система отопления, содержащая замкнутый теплопередающий контур, заполненный рабочим телом в виде жидкости и ее паров, включающий в себя испаритель, сопряженный по тепловому потоку с источником тепловой энергии, подающий теплопровод, конденсационные отопительные приборы и обратный теплопровод, отличающаяся тем, что контур содержит отделитель жидкости, компрессор и эжектор; диффузор эжектора соединен трубопроводом с испарителем, приемная камера эжектора соединена трубопроводом с жидкостной зоной отделителя жидкости, всасывающий патрубок компрессора соединен трубопроводом с паровой зоной отделителя жидкости, нагнетательный патрубок компрессора соединен трубопроводом с рабочим соплом эжектора.1. A heating system comprising a closed heat transfer circuit filled with a working fluid in the form of a liquid and its vapor, including an evaporator coupled through a heat stream to a heat source, supplying a heat conduit, condensation heaters and a return heat conduit, characterized in that the circuit contains liquid separator, compressor and ejector; the ejector diffuser is connected by a pipe to the evaporator, the ejector intake chamber is connected by a pipe to the liquid zone of the liquid separator, the compressor suction pipe is connected by a pipe to the vapor zone of the liquid separator, the compressor discharge pipe is connected by a pipe to the ejector working nozzle.

2. Система отопления по п.1, отличающаяся тем, что на трубопроводе, соединяющем нагнетательный патрубок компрессора с рабочим соплом эжектора, установлен воздухоотделитель.2. The heating system according to claim 1, characterized in that on the pipeline connecting the discharge pipe of the compressor with the working nozzle of the ejector, an air separator is installed.

3. Система отопления по п.2, отличающаяся тем, что воздухоотделитель содержит конденсатор, испаритель и предохранительный клапан.3. The heating system according to claim 2, characterized in that the air separator comprises a condenser, an evaporator and a safety valve.

4. Система отопления по п.1, отличающаяся тем, что в качестве рабочего тела применена легкокипящая жидкость либо легкосжижающийся газ.4. The heating system according to claim 1, characterized in that as the working fluid is used boiling liquid or gas liquefied.

5. Система отопления по п.1, отличающаяся тем, что в качестве источника тепловой энергии применен котел, тепловой насос, первичный теплоноситель из тепловой сети. 5. The heating system according to claim 1, characterized in that a boiler, a heat pump, a primary heat carrier from a heating network are used as a heat source.