СПОСОБ ЦИРКУЛЯЦИИ ЖИДКОСТИ ПО ТРУБОПРОВОДУ И ПАРОВОДЯНОЙ НАСОС ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
CIRCULATION METHOD OF FLUID VIA PIPELINE AND WATER-STEAM PUMP FOR ITS IMPLEMENTATION

Предлагаемое изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для одновременного отопления помещений, например индивидуальных домов, коттеджей, квартир, дачных домиков и гаражей, нагрева воды для бытовых нужд и выработки пара для паровой обработки продуктов и запарочных камер.
Известна установка для отопления и горячего водоснабжения, содержащая бак-аккумулятор, компрессор, конденсатор, воздушный испаритель и др. / патент РФ №1809263 от 05.07.90, МКИ F25B 29/00, опубл. бюл. №14, 15.04.93/.
Недостаток такой установки в ее сложности, что затрудняет ее использование в бытовых условиях.
Известна автономная система горячего водоснабжения содержащая баки-аккумуляторы, установленные на трубопроводах, тепловой насос с испарителем и конденсатором, гелиоустановку и др. / патент РФ №1818507 от 28.02.90, МКИ F24 17/00, опубл. бюл. №20, 30.05.93/.
Недостаток такой системы в сложности ее исполнения и ограниченности климатических зон ее использования /применения/, а также ограниченности ее применения в индивидуальных строениях, где отсутствует центральное водоснабжение.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ перекачки по трубопроводу, по которому трубопровод соединяют с герметичным баком, заполняют бак перекачиваемой жидкостью, нагревают ее до образования пара и с помощью этого пара вытесняют жидкость из бака в подающую линию трубопровода, а затем пар конденсируют с образованием вакуума и с помощью этого вакуума всасывают в бак жидкость из обратной линии трубопровода. Реализует этот способ пароводяной насос, содержащий герметичный бак с двумя патрубками - верхним и нижним, нагреватель, размещенный внутри бака, и два обратных клапана, соединенных с обратной и подающей линиями перекачиваемой жидкости / патент РФ №2173434 от 26.03.1999, МКИ F25B 29/00, опубл. бюл. №25, 10.09.1999 г./.
Недостатком известного способа и пароводяного насоса для его реализации является то, что жидкость из бака удаляется не полностью. А это приводит к тому, что давление внутри бака и вне его выравнивается, резкой конденсации пара в баке не происходит, и наступает равновесие между испарением и конденсацией. Система перестает функционировать без дополнительных приборов.
Цель заявляемого технического решения - обеспечение полного вытеснения жидкости из бака и последующее быстрое и полное заполнение бака всасываемой жидкостью.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе перекачки жидкости по трубопроводу, по которому трубопровод соединяют с герметичным баком, заполняют бак перекачиваемой жидкостью, нагревают ее до образования пара и с помощью этого пара вытесняют жидкость из бака в подающую линию трубопровода, а затем пар конденсируют с образованием вакуума и с помощью этого вакуума всасывают в бак жидкость из обратной линии трубопровода, а в баке путем изменения количества испаренной жидкости создают давление, обеспечивающее выход пара из бака в подающую линию трубопровода после вытеснения жидкости из бака, при этом давление в баке и количество пара в нем регулируют путем изменения проходного сечения участка подающей линии трубопровода. При этом пароводяной насос для реализации этого способа, содержащий герметичный бак с двумя патрубками - верхним и нижним, нагреватель, размещенный внутри бака, и два обратных клапана, соединенных с обратной и подающей линиями перекачиваемой жидкости, дополнительно снабжен трехходовым краном, закрепленным на нижнем патрубке, клапаны соединены между собой последовательно, а трубопровод, соединяющий их, подключен к нижнему патрубку бака через трехходовой кран, при этом в подающей линии размещен дроссельный клапан, а кроме того, он снабжен вторым трехходовым краном и дроссельным клапаном, закрепленным на верхнем патрубке, при этом один выход трехходового крана соединен с бойлером, а второй снабжен патрубком для выхода воды и пара.
На чертеже представлена схема устройства и функционирования заявляемого технического решения.
Пароводяной насос состоит из герметичного бака /1/ с размещенным внутри него электрическим нагревателем /2/. В верхней части бака /1/ размещен патрубок /3/, который через дроссельный клапан /4/ соединен с центральным входом трехходового крана /5/, при этом один боковой вход крана /5/ соединен с накопительным баком /6/, снабженным сливным патрубком /7/, а второй вход соединен с краником /8/ для выхода горячей воды и пара, и он может присоединяться к радиатору /9/. В донной части бака /1/ размещен нижний патрубок /10/, который соединен с трехходовым краном /11/. Один вход крана /11/ соединен с шаровым краном /12/, через который в бак /1/ подается холодная вода, а второй вход соединен с обратными клапанами /13, 14/, при этом с выходным клапаном /14/ он соединен через дроссельный клапан /15/. Клапаны /13, 14/ соединены с радиатором /16/, а клапан /14/, кроме того, соединен с расширительным баком /17/. Температура нагрева помещения задается и управляется электронным терморегулятором /18/ через блок электроавтоматики /19/.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Отопительную система с радиатором /16/ и бачок /1/ заполняют водой при открытом дроссельном клапане /4/. После заполнения системы водой дроссельный клапан /4/ закрывают. На терморегуляторе /18/ устанавливается необходимая температура помещения, трехходовой кран /11/ переводят в положение, при котором бак /1/ соединяется с радиатором /16/ и блок автоматики /19/ подключается к сети. Между электродами электронагревателя /2/, погруженными в воду, проходит электрический ток, нагревая воду в баке /1/. Вода закипает, выделяется пар, и давление в баке /1/ нарастает. Под давлением пара вода из бака /1/ вытесняется через нижний патрубок /10/, трехходовой кран /11/ и закрывает входной клапан /13/, а через дроссельный клапан /15/ открывает подающий клапан /14/ и попадает в расширительный бак /17/. Дроссельный клапан /15/ отрегулирован так, что скорость истечения воды из бака /1/ меньше скорости нарастания давления внутри бака /1/. В результате этого в баке /1/ накапливается такое количество пара, находящегося под повышенным давлением, что после прекращения нагрева вода из бака /1/ продолжает выходить под давлением накопившегося пара. Выдавив всю воду из бака /1/, пар выходит через подающий клапан /14/ в расширительный бак /17/. Давление в котле /1/ резко падает, что приводит к резкому понижению температуры внутри этого бака. Происходит быстрая и резкая конденсация пара с образованием вакуума. Под действием вакуума вода из радиатора /16/ открывает входной клапан /13/ и через трехходовой кран /11/ всасывается в бак /1/. На место ушедшей из радиатора /16/ воды приходит вода из расширительного бака /17/. Далее цикл повторяется.
Благодаря тому, что вода в системе движется импульсами, чередуя движение с остановкой, поток ее становится турбулентным, теплоотдача системы увеличивается в 2-3 раза по сравнению с непрерывным движением ее в трубах. Кроме того, пульсирующее движение воды разрушает осадки на стенках труб и удаляет их из системы. После того, как температура в помещении достигнет заданной величины, терморегулятор /18/ отключит блок автоматики /19/ и включит его снова, когда температура в помещении понизится.
Для нагрева проточной воды трехходовой кран /11/ переводят в положение, при котором бак /1/ соединяется с шаровым краном /12/, который подключают к водопроводу или к баку с холодной водой. Трехходовой кран /5/ переводят в положение, соединяющее бак /1/ с краником /8/, а дроссельный клапан /4/ открывают. Вода из водопровода или бака через шаровой кран поступает в бак /1/ и, поднимаясь вверх, нагревается и через дроссельный клапан /4/, и трехходовой кран /5/ выливается через краник /8/. Температуру нагрева воды регулируют скоростью ее прохождения через нагреватель /2/ с помощью дроссельного клапана /4/.
Для накапливания горячей воды в баке /6/ трехходовой кран /5/ переводят в положение, соединяющее этот бак /6/ с баком /1/.
Для получения пара шаровой кран /12/ открывают настолько, что количество испарившейся воды становится равно количеству воды, вошедшей в бак /1/. Для повышения температуры пара уменьшают проходное сечение дроссельного клапана /4/.
Для работы в режиме ионного котла радиатор /9/ соединяют со сливным патрубком /7/ и шаровым краном /12/. Накопительный бак /6/ в этом случае выполняет функцию расширительного бака.
Проводились сезонные испытания заявляемого технического решения, которые полностью подтвердили достижение поставленной цели. Пароводяной насос объемом 1.5 литра эксплуатировался в течение отопительного сезона в отдельной квартире площадью 60 квадратных метров при высоте потолков три метра. Средне суточный расход электроэнергии составил 25 ватт/кв. метр в час при круглосуточной температуре в квартире 23 градуса и среднесезонной уличной температуре - 3 градуса.
Пароводяной насос обеспечивал горячей водой для хозяйственных нужд, получаемой в проточном режиме при температуре 60 градусов и в накопительном режиме для санитарных нужд при температуре 50 градусов. Кроме того, пароводяной насос использовался в режиме парогенератора для получения плодовоягодных соков.
По сравнению с прототипом заявляемое техническое решение имеет следующие преимущества:
- полностью вытесняет из бака в систему воду и часть пара, чем увеличивает глубину вакуума в баке и обеспечивает быстрое заполнение бака, что позволяет увеличить частоту пульсаций воды в отопительной системе, сделать движение турбулентным и повысить ее теплоотдачу;
- удаляет осадки со стенок труб, делая отопительную систему более экономичной;
- может подключаться к существующей отопительной системе и очищать ее от осадков, повышать ее экономичность;
- позволяет изменять температуру перекачиваемой жидкости;
- позволяет одновременно решать несколько теплотехнических задач - отапливать помещение, нагревать воду для санитарнохозяйственных нужд и вырабатывать пар, и при этом изменять их температуру;
- предотвращает «зависание» системы из-за неполного удаления воды из бака и делает ее более надежной;
- более простое по конструкции и по обслуживанию, значительно проще в изготовлении и эксплуатации;
- может быть оперативно использовано в качестве мобильного теплового узла для временного применения в производственных условиях и в аварийных ситуациях.